JP2010251591A - Thin film transistor and method of manufacturing the thin film transistor - Google Patents

Thin film transistor and method of manufacturing the thin film transistor Download PDF

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Chiyoko Takemura
千代子 竹村
Makoto Honda
本田  誠
Masanori Miyoshi
正紀 三好
Katsura Hirai
桂 平井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin film transistor which can be formed at low temperature through simple processes, is superior in mobility and an on/off ratio, and is improved with respect to shifting to minus side of rising voltage, S value deterioration, and performance variation between elements to have high stability, and to provide a method of manufacturing the thin film transistor. <P>SOLUTION: The thin film transistor has a gate electrode 104 on a substrate 106, a gate insulating layer 105, a source electrode 102, a drain electrode 103, and a semiconductor layer 101. In the thin film transistor, the semiconductor layer 101 includes an oxide semiconductor formed by coating, and a layer 107 containing a fluorine compound is provided between the gate electrode 104 and the semiconductor layer 101. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、金属酸化物半導体を用いた電界効果型の薄膜トランジスタ(以下、薄膜トランジスタ素子、または素子ともいう。)および薄膜トランジスタの製造方法に関する。   The present invention relates to a field effect thin film transistor (hereinafter also referred to as a thin film transistor element or an element) using a metal oxide semiconductor and a method for manufacturing the thin film transistor.

ガラス基板上にアモルファスシリコン等の薄膜を形成しこれを活性層として用いる電界効果型薄膜トランジスタ(TFT)、またこれらを用いたアクティブマトリクス回路等はよく知られている。   A field effect thin film transistor (TFT) using a thin film such as amorphous silicon formed on a glass substrate and using it as an active layer, an active matrix circuit using these, and the like are well known.

しかしながら、アモルファスシリコンを用いたTFTは、キャリア移動度が低く、また連続駆動時の特性が不安定であるため、有機ELアクティブマトリクス回路等に用いるには、キャリア移動度の高い、安定な薄膜トランジスタが求められている。高移動度のTFTとして、ポリシリコン薄膜を用いたTFTが開発されているが、高精度な制御が求められるレーザーアニーリングが必要となるなど、製造プロセスが煩雑であり、素子間の性能ばらつきも問題となっている。簡便な製造プロセスが適用できるTFTとして、有機半導体を用いたTFTがよく知られているが、キャリア移動度が低く、連続駆動時の性能劣化、素子間のバラツキが大きいため、有機ELアクティブマトリクス回路等に用いるには不十分であることが分かってきた。簡便な製造プロセスが適用でき、連続駆動時の安定性やキャリア移動度が高く、素子間のバラツキの小さい、高移動度のTFTとして、近年、金属酸化物半導体を用いたTFTの開発が活発に行われている。   However, since TFTs using amorphous silicon have low carrier mobility and unstable characteristics during continuous driving, a stable thin film transistor with high carrier mobility is required for use in an organic EL active matrix circuit or the like. It has been demanded. A TFT using a polysilicon thin film has been developed as a high-mobility TFT, but the manufacturing process is complicated, such as the need for laser annealing that requires high-precision control, and performance variations between elements are also a problem. It has become. A TFT using an organic semiconductor is well known as a TFT to which a simple manufacturing process can be applied. However, since the carrier mobility is low, the performance deterioration during continuous driving and the variation between elements are large, an organic EL active matrix circuit. It has been found that it is insufficient for use in, for example. In recent years, TFTs using metal oxide semiconductors have been actively developed as TFTs that can be applied with simple manufacturing processes, have high stability and carrier mobility during continuous driving, and have low element-to-element variation and high mobility. Has been done.

中でも、In−Ga−Zn−Oの組成を持つアモルファス金属酸化物が薄膜トランジスタの半導体として優れていることがわかってきた(例えば、特許文献1〜3参照)。   In particular, it has been found that an amorphous metal oxide having a composition of In—Ga—Zn—O is excellent as a semiconductor of a thin film transistor (see, for example, Patent Documents 1 to 3).

更に、簡便、低温、大気圧下形成が可能な溶液プロセスで、酸化物半導体層を形成する方法についても開示(例えば、特許文献4参照)されている。しかし、これらの方法の多くは、半導体として機能させるために400℃以上での高温焼成が必要とされており、樹脂基板に適用できる方法とは言い難いのが実状である。   Furthermore, a method for forming an oxide semiconductor layer by a solution process that can be easily formed at a low temperature and under atmospheric pressure is also disclosed (see, for example, Patent Document 4). However, many of these methods require high-temperature baking at 400 ° C. or higher in order to function as a semiconductor, and it is difficult to say that these methods can be applied to resin substrates.

また、溶液プロセスで形成された酸化物半導体層を有するトランジスタ特有の課題として、トランジスタ特性における立ち上がり電圧(Von)のマイナス側へのシフトや、オフ電流からオン電流への立ち上がりのシャープさを表すS値の劣化及びバラツキが問題となることが、発明者らの検討で分かってきた。   Further, as problems specific to a transistor having an oxide semiconductor layer formed by a solution process, S representing the shift of the rising voltage (Von) to the negative side in the transistor characteristics and the sharpness of the rising from the off current to the on current. It has been found by the inventors' investigation that the deterioration and variation of the value are problems.

特開2006−165527号公報JP 2006-165527 A 特開2006−165528号公報JP 2006-165528 A 特開2007−73705号公報JP 2007-73705 A 特開2001−244464号公報JP 2001-244464 A

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、低温で簡便なプロセスにより形成可能で、移動度、on/off比に優れ、更には、立ち上がり電圧のマイナス側へのシフト、S値劣化、素子間の性能バラツキを改良した、安定性の高い薄膜トランジスタ、および該薄膜トランジスタの製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to be formed by a simple process at a low temperature, excellent in mobility and on / off ratio, and further to the negative side of the rising voltage. It is an object of the present invention to provide a highly stable thin film transistor in which shift, S value deterioration, and performance variation between elements are improved, and a method of manufacturing the thin film transistor.

1.基板上にゲート電極、ゲート絶縁層、ソース電極、ドレイン電極、及び半導体層を有する薄膜トランジスタにおいて、
前記半導体層が塗布によって形成された酸化物半導体からなり、
フッ素化合物含有層が前記ゲート電極と前記半導体層との間に設けられたことを特徴とする薄膜トランジスタ。
1. In a thin film transistor having a gate electrode, a gate insulating layer, a source electrode, a drain electrode, and a semiconductor layer on a substrate,
The semiconductor layer is made of an oxide semiconductor formed by coating,
A thin film transistor, wherein a fluorine compound-containing layer is provided between the gate electrode and the semiconductor layer.

2.前記フッ素化合物含有層が前記ゲート絶縁層と前記半導体層との間に設けられたことを特徴とする前記1に記載の薄膜トランジスタ。   2. 2. The thin film transistor according to 1 above, wherein the fluorine compound-containing layer is provided between the gate insulating layer and the semiconductor layer.

3.前記フッ素化合物含有層が前記ゲート絶縁層中に設けられたことを特徴とする前記1に記載の薄膜トランジスタ。   3. 2. The thin film transistor according to 1 above, wherein the fluorine compound-containing layer is provided in the gate insulating layer.

4.前記フッ素化合物含有層が前記ゲート電極と前記ゲート絶縁層との間に設けられたことを特徴とする前記1に記載の薄膜トランジスタ。   4). 2. The thin film transistor according to 1 above, wherein the fluorine compound-containing layer is provided between the gate electrode and the gate insulating layer.

5.前記フッ素化合物含有層がフッ素系樹脂を有してなることを特徴とする前記1〜4のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。   5. 5. The thin film transistor according to any one of 1 to 4, wherein the fluorine compound-containing layer comprises a fluorine-based resin.

6.前記酸化物半導体が亜鉛又はインジウムを含む酸化物半導体からなることを特徴とする前記1〜5のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。   6). 6. The thin film transistor according to any one of 1 to 5, wherein the oxide semiconductor is made of an oxide semiconductor containing zinc or indium.

7.前記酸化物半導体が、亜鉛とインジウムを含む酸化物、亜鉛とガリウムを含む酸化物、又は、インジウムとガリウムを含む酸化物、を含む酸化物半導体からなることを特徴とする前記6に記載の薄膜トランジスタ。   7). 7. The thin film transistor according to 6, wherein the oxide semiconductor is an oxide semiconductor containing an oxide containing zinc and indium, an oxide containing zinc and gallium, or an oxide containing indium and gallium. .

8.前記酸化物半導体が、亜鉛とインジウムとガリウムとからなる酸化物、又は、インジウムとガリウムとからなる酸化物、を含有する酸化物半導体であることを特徴とする前記6に記載の薄膜トランジスタ。   8). 7. The thin film transistor according to 6 above, wherein the oxide semiconductor is an oxide semiconductor containing an oxide made of zinc, indium and gallium, or an oxide made of indium and gallium.

9.前記半導体層が酸化物半導体の前駆体を用いた溶液プロセスで形成された膜からなることを特徴とする前記1〜8のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。   9. 9. The thin film transistor according to any one of 1 to 8, wherein the semiconductor layer is formed of a film formed by a solution process using a precursor of an oxide semiconductor.

10.前記半導体層が酸化物半導体の前駆体を塗布して得られた膜にマイクロ波エネルギーを照射して形成された膜からなることを特徴とする前記1〜9のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。   10. 10. The thin film transistor according to any one of 1 to 9 above, wherein the semiconductor layer is a film formed by irradiating a film obtained by applying a precursor of an oxide semiconductor with microwave energy. .

11.1〜10のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタを製造することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。   11. A method for producing a thin film transistor, comprising producing the thin film transistor according to any one of items 11.1 to 10.

本発明によれば、低温で簡便なプロセスにより形成可能で、移動度、on/off比に優れ、更には、立ち上がり電圧のマイナス側へのシフト、S値劣化、素子間の性能バラツキを改良した、安定性の高い薄膜トランジスタ、および該薄膜トランジスタの製造方法を提供することができる。   According to the present invention, it can be formed by a simple process at a low temperature, has excellent mobility and on / off ratio, and further has improved the negative voltage shift of the rising voltage, S value deterioration, and performance variation between elements. A highly stable thin film transistor and a method for manufacturing the thin film transistor can be provided.

薄膜トランジスタ素子の代表的な素子構成を示す図である。It is a figure which shows the typical element structure of a thin-film transistor element. 薄膜トランジスタ素子が複数配置される薄膜トランジスタシートの1例を示す概略の等価回路図である。It is a schematic equivalent circuit diagram showing an example of a thin film transistor sheet in which a plurality of thin film transistor elements are arranged. 実施例において例に挙げて説明する薄膜トランジスタ素子の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the thin-film transistor element mentioned as an example in an Example.

以下本発明を実施するための最良の形態について説明するが本発明はこれにより限定されるものではない。   The best mode for carrying out the present invention will be described below, but the present invention is not limited thereto.

本発明は、基板上にゲート電極、ゲート絶縁層、ソース電極、ドレイン電極、及び半導体層を有する薄膜トランジスタにおいて、
前記半導体層が塗布によって形成された酸化物半導体からなり、
フッ素化合物含有層が前記ゲート電極と前記半導体層との間に設けられたことを特徴とする。
The present invention relates to a thin film transistor having a gate electrode, a gate insulating layer, a source electrode, a drain electrode, and a semiconductor layer on a substrate.
The semiconductor layer is made of an oxide semiconductor formed by coating,
A fluorine compound-containing layer is provided between the gate electrode and the semiconductor layer.

以下、本発明とその構成要素等について詳細な説明をする。   Hereinafter, the present invention and its components will be described in detail.

(フッ素化合物含有層)
本発明におけるフッ素化合物含有層は、フッ素原子を含有する化合物を有してなる層であり、フッ素原子を含有する低分子化合物からなる層又はフッ素原子を含有する低分子化合物を含んでなる層、あるいは、フッ素系樹脂からなる層又はフッ素系樹脂を含んでなる層、である。
(Fluorine compound-containing layer)
The fluorine compound-containing layer in the present invention is a layer comprising a compound containing a fluorine atom, a layer comprising a low molecular compound containing a fluorine atom or a layer comprising a low molecular compound containing a fluorine atom, Alternatively, it is a layer made of a fluorine resin or a layer containing a fluorine resin.

フッ素原子を含有する低分子化合物からなる層又はフッ素原子を含有する低分子化合物を含んでなる層は、例えば、酸化ケイ素などからなるゲート絶縁層(ゲート絶縁膜ともいう。)上に、表面処理剤として一般的に知られる、フッ素原子を含有するアルキル基(フルオロアルキル基)やパーフルオロアルキル基を有する、シラン化合物、アルキルシラザン類などを用いて、例えば、自己組織化単分子膜(SAMともいう。)として形成することができる。ゲート絶縁膜上にSAMを形成可能な化合物として、具体例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。   The layer made of a low molecular compound containing fluorine atoms or the layer containing a low molecular compound containing fluorine atoms is subjected to surface treatment on a gate insulating layer (also referred to as a gate insulating film) made of, for example, silicon oxide. For example, self-assembled monolayers (also known as SAMs) using silane compounds and alkylsilazanes having a fluorine atom-containing alkyl group (fluoroalkyl group) or perfluoroalkyl group, which are generally known as agents. Can be formed. Specific examples of compounds capable of forming SAM on the gate insulating film are shown below, but the present invention is not limited thereto.

(ヘプタデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロデシル)トリクロロシラン
(ヘプタデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロデシル)トリエトキシシラン
(ヘプタデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロデシル)トリメトキシシラン
(ヘプタデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロデシル)ジメチルクロロシラン
(トリデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロオクチル)トリクロロシラン
(トリデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロオクチル)トリエトキシシラン
(トリデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロオクチル)メチルジクロロシラン
パーフルオロドデシル−1H,1H,2H,2H−トリエトキシシラン
(3,3,3−トリフルオロプロピル)トリクロロシラン
(3,3,3−トリフルオロプロピル)トリメトキシシラン(信越化学社製KBM7103)
ビス(トリフルオロプロピル)テトラメチルジシラザン
(3−ヘプタフルオロイソプロポキシ)プロピルトリクロロシラン
ペンタフルオロフェニルトリエトキシシラン
ペンタフルオロフェニルジメチルクロロシラン
ペンタフルオロフェニルプロピルトリクロロシラン
ペンタフルオロフェニルプロピルトリメトキシシラン
1,8−ビス(トリクロロシリルエチルヘキサデカフルオロオクタン
これら上記の化合物は、信越化学社等から製品として入手可能である。
(Heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyl) trichlorosilane (Heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyl) triethoxysilane (Heptadecafluoro-1,1,2,2- Tetrahydrodecyl) trimethoxysilane (heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyl) dimethylchlorosilane (tridecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrooctyl) trichlorosilane (tridecafluoro-1,1 , 2,2-tetrahydrooctyl) triethoxysilane (tridecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrooctyl) methyldichlorosilane perfluorododecyl-1H, 1H, 2H, 2H-triethoxysilane (3,3, 3-trifluoropropyl) trichlorosilane (3,3,3 Trifluoropropyl) trimethoxysilane (Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. KBM7103)
Bis (trifluoropropyl) tetramethyldisilazane (3-heptafluoroisopropoxy) propyltrichlorosilane pentafluorophenyltriethoxysilane pentafluorophenyldimethylchlorosilane pentafluorophenylpropyltrichlorosilane pentafluorophenylpropyltrimethoxysilane 1,8-bis (trichloro Silylethylhexadecafluorooctane These above-mentioned compounds are available as products from Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.

また、本発明におけるフッ素化合物含有層として、フッ素系樹脂からなる層又はフッ素系樹脂を含んでなる層は、塗布などで簡単に膜形成が可能なフッ素系樹脂も好ましく用いることができる。本発明に用いられるフッ素系樹脂としては、パーフロロポリエーテル系材料、フッ素化単環ポリマー、ポリテトラフルオロエチレン、四フッ化エチレン−パーフルオロビニルエーテル共重合体、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体、四フッ化エチレン−エチレン共重合体、ポリビニリデンフルオライド、三フッ化塩化エチレン、フッ化ビニリデン−三フッ化ビニリデン共重合体などが挙げられるが、本発明はこれらに限定されるものではない。   In addition, as the fluorine compound-containing layer in the present invention, a fluorine resin that can be easily formed into a film by coating or the like can be preferably used for the layer made of the fluorine resin or the layer containing the fluorine resin. Examples of the fluororesin used in the present invention include perfluoropolyether materials, fluorinated monocyclic polymers, polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene-perfluorovinylether copolymers, and tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene. Copolymers, tetrafluoroethylene-ethylene copolymers, polyvinylidene fluoride, ethylene trifluoride chloride, vinylidene fluoride-vinylidene trifluoride copolymers and the like are exemplified, but the present invention is limited to these. It is not a thing.

これら上記の化合物は、例えば、フォンブリデンドールDOL−4000(アウジモンド社製)やサイトップ(旭硝子社製)などの製品として入手可能である。
(フッ素化合物含有層の位置)
本発明は、基板上にゲート電極、ゲート絶縁層、ソース電極、ドレイン電極、及び半導体層を有する薄膜トランジスタにおいて、前記半導体層が塗布によって形成された酸化物半導体からなり、フッ素化合物含有層が前記ゲート電極と前記半導体層との間に設けられる。
These above-mentioned compounds are available as products such as Von Bridendol DOL-4000 (manufactured by Augmond) and Cytop (manufactured by Asahi Glass).
(Position of fluorine compound-containing layer)
The present invention relates to a thin film transistor having a gate electrode, a gate insulating layer, a source electrode, a drain electrode, and a semiconductor layer on a substrate, wherein the semiconductor layer is formed of an oxide semiconductor formed by coating, and the fluorine compound-containing layer is the gate Provided between the electrode and the semiconductor layer.

本発明において、フッ素化合物含有層を設ける位置は、前記ゲート絶縁層と前記半導体層との間、前記ゲート絶縁層中、前記ゲート電極と前記ゲート絶縁層との間、のいずれの位置でもよいが、前記ゲート絶縁層と前記半導体層との間の前記半導体層に接するように設けることがより好ましい。フッ素化合物含有層は複数の位置に2層以上設けてもよいし、別の材料からなる層を複数層積層して設けてもよい。   In the present invention, the fluorine compound-containing layer may be provided at any position between the gate insulating layer and the semiconductor layer, in the gate insulating layer, between the gate electrode and the gate insulating layer. More preferably, the gate insulating layer is provided so as to be in contact with the semiconductor layer between the gate insulating layer and the semiconductor layer. Two or more fluorine compound-containing layers may be provided at a plurality of positions, or a plurality of layers made of different materials may be laminated.

(ゲート絶縁層)
本発明の薄膜トランジスタのゲート絶縁層としては種々の絶縁膜を用いることができるが、特に、比誘電率の高い無機酸化物皮膜が好ましい。無機酸化物としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化スズ、酸化バナジウム、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコニウム酸チタン酸バリウム、ジルコニウム酸チタン酸鉛、チタン酸鉛ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、フッ化バリウムマグネシウム、チタン酸ビスマス、チタン酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ニオブ酸ビスマス、トリオキサイドイットリウムなどが挙げられる。それらのうち好ましいのは、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタンである。窒化ケイ素、窒化アルミニウム等の無機窒化物も好適に用いることができる。
(Gate insulation layer)
Although various insulating films can be used as the gate insulating layer of the thin film transistor of the present invention, an inorganic oxide film having a high relative dielectric constant is particularly preferable. Inorganic oxides include silicon oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, titanium oxide, tin oxide, vanadium oxide, barium strontium titanate, barium zirconate titanate, lead zirconate titanate, lead lanthanum titanate, strontium titanate, Examples thereof include barium titanate, barium magnesium fluoride, bismuth titanate, strontium bismuth titanate, strontium bismuth tantalate, bismuth tantalate niobate, and yttrium trioxide. Of these, silicon oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, and titanium oxide are preferable. Inorganic nitrides such as silicon nitride and aluminum nitride can also be suitably used.

上記皮膜の形成方法としては、真空蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオンクラスタービーム法、低エネルギーイオンビーム法、イオンプレーティング法、CVD法、スパッタリング法、大気圧プラズマ法などのドライプロセスや、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、ディップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法などの塗布による方法、印刷やインクジェットなどのパターニングによる方法などのウェットプロセス(溶液プロセス)が挙げられ、材料に応じて使用できる。   Examples of the method for forming the film include a vacuum process, a molecular beam epitaxial growth method, an ion cluster beam method, a low energy ion beam method, an ion plating method, a CVD method, a sputtering method, an atmospheric pressure plasma method, and a spray process. Wet processes (solution processes) such as coating methods, spin coating methods, blade coating methods, dip coating methods, casting methods, roll coating methods, bar coating methods, die coating methods, etc., and methods such as printing and inkjet patterning. Can be used depending on the material.

これらのうち好ましいのは、大気圧プラズマ法、あるいは、ウェットプロセス(溶液プロセス)である。   Among these, the atmospheric pressure plasma method or the wet process (solution process) is preferable.

ウェットプロセス(溶液プロセス)は、無機酸化物の微粒子を、任意の有機溶剤あるいは水に必要に応じて界面活性剤などの分散補助剤を用いて分散した液を塗布、乾燥する方法や、酸化物前駆体、例えばアルコキシド体の溶液を塗布、乾燥するゾルゲル法等を用いることができるが、Si−N結合を含むポリシラザン等の無機高分子材料の薄膜を塗布により形成して、これを加熱などの酸化処理によって、酸化ケイ素や酸化チタンを主成分として含有する無機膜に変換したものが好ましい。   The wet process (solution process) is a method of applying and drying a liquid in which fine particles of inorganic oxide are dispersed in an arbitrary organic solvent or water using a dispersion aid such as a surfactant as required. A sol-gel method of applying and drying a solution of a precursor, for example, an alkoxide body can be used, but a thin film of an inorganic polymer material such as polysilazane containing a Si—N bond is formed by coating, and this is heated. Those converted into an inorganic film containing silicon oxide or titanium oxide as a main component by oxidation treatment are preferable.

これらの無機高分子材料、例えば、ポリシラザン(パーハイドロポリシラザン)は、AZエレクトロニックマテリアルズ株式会社製、アクアミカNP110、NN110等として市場から入手可能である。   These inorganic polymer materials, for example, polysilazane (perhydropolysilazane) are commercially available as AZ Electronic Materials Co., Ltd., Aquamica NP110, NN110, and the like.

無機高分子材料から無機膜への転化は、加熱処理によって行うのが一般的だが、UVオゾン酸化、Oプラズマ酸化などによって行うこともでき、熱酸化との組み合わせも効果的である。また、加熱処理は水蒸気あるいは酸素存在下で行うと転化反応の進行が早くて好ましい。 The conversion from an inorganic polymer material to an inorganic film is generally performed by heat treatment, but can also be performed by UV ozone oxidation, O 2 plasma oxidation, etc., and a combination with thermal oxidation is also effective. The heat treatment is preferably performed in the presence of water vapor or oxygen because the conversion reaction proceeds quickly.

ゲート絶縁層(膜)が陽極酸化膜または該陽極酸化膜と絶縁膜とで構成されることも好ましい。陽極酸化膜は封孔処理されることが望ましい。陽極酸化膜は、陽極酸化が可能な金属を公知の方法により陽極酸化することにより形成される。   It is also preferable that the gate insulating layer (film) is composed of an anodized film or the anodized film and an insulating film. The anodized film is preferably sealed. The anodized film is formed by anodizing a metal that can be anodized by a known method.

陽極酸化処理可能な金属としては、アルミニウムまたはタンタルを挙げることができ、陽極酸化処理の方法には特に制限はなく、公知の方法を用いることができる。   Examples of the metal that can be anodized include aluminum and tantalum, and the anodizing method is not particularly limited, and a known method can be used.

また有機化合物皮膜としては、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリレート、光ラジカル重合系、光カチオン重合系の光硬化性樹脂、あるいはアクリロニトリル成分を含有する共重合体、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール、ノボラック樹脂等を用いることもできる。   Examples of organic compound films include polyimides, polyamides, polyesters, polyacrylates, photo-radical polymerization-type, photo-cation polymerization-type photo-curing resins, copolymers containing acrylonitrile components, polyvinyl phenol, polyvinyl alcohol, novolac resins, etc. Can also be used.

上記有機化合物皮膜の形成方法としては、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、ディップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法などの塗布による方法、印刷やインクジェットなどのパターニングによる方法などのウェットプロセス(溶液プロセス)が挙げられる。   Examples of the method for forming the organic compound film include spray coating, spin coating, blade coating, dip coating, dip coating, casting, roll coating, bar coating, and die coating. A wet process (solution process) such as a patterning method can be used.

無機酸化物皮膜と有機化合物皮膜は積層して併用することができる。またこれら絶縁膜の膜厚としては、一般に50nm〜3μm、好ましくは、100nm〜1μmである。   An inorganic oxide film and an organic compound film can be laminated and used together. The thickness of these insulating films is generally 50 nm to 3 μm, preferably 100 nm to 1 μm.

(酸化物半導体)
本発明において酸化物半導体は金属酸化物であり、本発明は、金属酸化物半導体の金属成分を含み且つ該金属酸化物半導体の前駆体となる材料の薄膜を設けた後、該薄膜に熱酸化等の半導体変換処理を行って、金属酸化物半導体に変換し半導体の薄膜を得るものである。
(Oxide semiconductor)
In the present invention, the oxide semiconductor is a metal oxide. In the present invention, a thin film of a material containing a metal component of a metal oxide semiconductor and serving as a precursor of the metal oxide semiconductor is provided, and then the thin film is thermally oxidized. A semiconductor thin film is obtained by performing a semiconductor conversion process such as the above to convert it into a metal oxide semiconductor.

金属酸化物半導体前駆体としては、金属原子含有化合物が挙げられ、金属原子含有化合物には、金属原子を含む、金属塩、ハロゲン化金属化合物、有機金属化合物等を挙げることができる。   Examples of the metal oxide semiconductor precursor include a metal atom-containing compound, and examples of the metal atom-containing compound include metal salts, metal halide compounds, and organic metal compounds containing a metal atom.

金属塩、ハロゲン金属化合物、有機金属化合物の金属としては、Li、Be、B、Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Cd、In、Ir、Sn、Sb、Cs、Ba、La、Hf、Ta、W、Tl、Pb、Bi、Ce、Pr、Nd、Pm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu等を挙げることができる。   Metals of metal salts, halogen metal compounds, and organometallic compounds include Li, Be, B, Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu Zn, Ga, Ge, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Cd, In, Ir, Sn, Sb, Cs, Ba, La, Hf, Ta, W, Tl, Pb, Bi, Ce, Pr Nd, Pm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu and the like.

本発明において、これらの金属塩においては、インジウム(In)、錫(Sn)、亜鉛(Zn)のいずれかの塩を1つ以上含むことが好ましく、それらを併用して混合させてもよい。   In the present invention, these metal salts preferably contain one or more of any of indium (In), tin (Sn), and zinc (Zn), and may be used in combination.

また、その他の金属として、ガリウム(Ga)またはアルミニウム(Al)のいずれかの塩を含むことが好ましい。   Moreover, it is preferable that the other metal contains a salt of either gallium (Ga) or aluminum (Al).

金属塩としては、硝酸塩、酢酸塩等を、ハロゲン金属化合物としては塩化物、ヨウ化物、臭化物等を好適に用いることができる。   As metal salts, nitrates, acetates and the like can be suitably used, and as halogen metal compounds, chlorides, iodides, bromides and the like can be suitably used.

有機金属化合物としては、下記の一般式(I)で示すものが挙げられる。   Examples of the organometallic compound include those represented by the following general formula (I).

一般式(I) R MR
式中、Mは金属、Rはアルキル基、Rはアルコキシ基、Rはβ−ジケトン錯体基、β−ケトカルボン酸エステル錯体基、β−ケトカルボン酸錯体基およびケトオキシ基(ケトオキシ錯体基)から選ばれる基であり、金属Mの価数をmとした場合、x+y+z=mであり、x=0〜m、またはx=0〜m−1であり、y=0〜m、z=0〜mで、いずれも0または正の整数である。Rのアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等を挙げることができる。Rのアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、3,3,3−トリフルオロプロポキシ基等を挙げることができる。またアルキル基の水素原子をフッ素原子に置換したものでもよい。Rのβ−ジケトン錯体基、β−ケトカルボン酸エステル錯体基、β−ケトカルボン酸錯体基およびケトオキシ基(ケトオキシ錯体基)から選ばれる基としては、β−ジケトン錯体基として、例えば、2,4−ペンタンジオン(アセチルアセトンあるいはアセトアセトンともいう)、1,1,1,5,5,5−ヘキサメチル−2,4−ペンタンジオン、2,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオン、1,1,1−トリフルオロ−2,4−ペンタンジオン等を挙げることができ、β−ケトカルボン酸エステル錯体基として、例えばアセト酢酸メチルエステル、アセト酢酸エチルエステル、アセト酢酸プロピルエステル、トリメチルアセト酢酸エチル、トリフルオロアセト酢酸メチル等を挙げることができ、β−ケトカルボン酸として、例えば、アセト酢酸、トリメチルアセト酢酸等を挙げることができ、またケトオキシとして、例えば、アセトオキシ基(またはアセトキシ基)、プロピオニルオキシ基、ブチリロキシ基、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基等を挙げることができる。これらの基の炭素原子数は18以下が好ましい。また直鎖または分岐のもの、また水素原子をフッ素原子にしたものでもよい。有機金属化合物のなかでは、分子内に少なくとも1つ以上の酸素を有するものが好ましい。このようなものとしてRのアルコキシ基を少なくとも1つを含有する有機金属化合物、またRのβ−ジケトン錯体基、β−ケトカルボン酸エステル錯体基、β−ケトカルボン酸錯体基およびケトオキシ基(ケトオキシ錯体基)から選ばれる基を少なくとも1つ有する金属化合物が最も好ましい。金属塩のなかでは、硝酸塩が好ましい。硝酸塩は高純度品が入手しやすく、また使用時の媒体として好ましい水に対する溶解度が高い。硝酸塩としては、硝酸インジウム、硝酸錫、硝酸亜鉛、硝酸ガリウム等が挙げられる。
Formula (I) R 1 x MR 2 y R 3 z
In the formula, M is a metal, R 1 is an alkyl group, R 2 is an alkoxy group, R 3 is a β-diketone complex group, a β-ketocarboxylic acid ester complex group, a β-ketocarboxylic acid complex group, and a ketooxy group (ketooxy complex group). X + y + z = m, x = 0 to m, or x = 0 to m−1, and y = 0 to m, z = 0. ~ M, each of which is 0 or a positive integer. Examples of the alkyl group for R 1 include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, and a butyl group. Examples of the alkoxy group for R 2 include a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, a butoxy group, and a 3,3,3-trifluoropropoxy group. Further, a hydrogen atom in the alkyl group may be substituted with a fluorine atom. Examples of the group selected from the β-diketone complex group, the β-ketocarboxylic acid ester complex group, the β-ketocarboxylic acid complex group, and the ketooxy group (ketooxy complex group) of R 3 include, for example, 2,4 -Pentanedione (also called acetylacetone or acetoacetone), 1,1,1,5,5,5-hexamethyl-2,4-pentanedione, 2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedione , 1,1,1-trifluoro-2,4-pentanedione and the like, as the β-ketocarboxylic acid ester complex group, for example, acetoacetic acid methyl ester, acetoacetic acid ethyl ester, acetoacetic acid propyl ester, trimethylacetate Examples thereof include ethyl acetate, methyl trifluoroacetoacetate and the like. As β-ketocarboxylic acid, For example, acetoacetic acid, trimethylacetoacetic acid and the like can be mentioned, and examples of ketooxy include acetooxy group (or acetoxy group), propionyloxy group, butyryloxy group, acryloyloxy group, methacryloyloxy group and the like. These groups preferably have 18 or less carbon atoms. Further, it may be linear or branched, or a hydrogen atom may be a fluorine atom. Among organometallic compounds, those having at least one oxygen in the molecule are preferable. As such, an organometallic compound containing at least one alkoxy group of R 2 , a β-diketone complex group, a β-ketocarboxylic acid ester complex group, a β-ketocarboxylic acid complex group and a ketooxy group (ketooxy group) of R 3 Most preferred are metal compounds having at least one group selected from (complex groups). Among the metal salts, nitrate is preferable. Nitrate is easily available as a high-purity product and has high solubility in water, which is preferable as a medium for use. Examples of nitrates include indium nitrate, tin nitrate, zinc nitrate, and gallium nitrate.

以上の金属酸化物半導体前駆体のうち、好ましいのは、金属の硝酸塩、金属のハロゲン化物、アルコキシド類である。具体例としては、硝酸インジウム、硝酸亜鉛、硝酸ガリウム、硝酸スズ、硝酸アルミニウム、塩化インジウム、塩化亜鉛、塩化スズ(2価)、塩化スズ(4価)、塩化ガリウム、塩化アルミニウム、トリ−i−プロポキシインジウム、ジエトキシ亜鉛、ビス(ジピバロイルメタナト)亜鉛、テトラエトキシスズ、テトラ−i−プロポキシスズ、トリ−i−プロポキシガリウム、トリ−i−プロポキシアルミニウムなどが挙げられる。   Of the above metal oxide semiconductor precursors, metal nitrates, metal halides, and alkoxides are preferable. Specific examples include indium nitrate, zinc nitrate, gallium nitrate, tin nitrate, aluminum nitrate, indium chloride, zinc chloride, tin chloride (divalent), tin chloride (tetravalent), gallium chloride, aluminum chloride, tri-i-. Examples include propoxyindium, diethoxyzinc, bis (dipivaloylmethanato) zinc, tetraethoxytin, tetra-i-propoxytin, tri-i-propoxygallium, and tri-i-propoxyaluminum.

なかでも、本発明においては、金属酸化物半導体の前駆体として、硝酸塩、硫酸塩、燐酸塩、炭酸塩、酢酸塩または蓚酸塩から選ばれる金属塩を用いることが好ましい。   In particular, in the present invention, it is preferable to use a metal salt selected from nitrate, sulfate, phosphate, carbonate, acetate or oxalate as a precursor of the metal oxide semiconductor.

本発明においては、前駆体として、上記金属の硝酸塩、硫酸塩、燐酸塩、炭酸塩、酢酸塩または蓚酸塩から選ばれる金属塩を用いることによりキャリア移動度の大きい、TFT素子としたときon/off比の大きい良好な特性を示す金属酸化物半導体を得ることができる。   In the present invention, a TFT element having a high carrier mobility by using a metal salt selected from nitrate, sulfate, phosphate, carbonate, acetate or oxalate of the above metal as a precursor is used. A metal oxide semiconductor having good characteristics with a large off ratio can be obtained.

これらの金属塩は、他の無機塩、また有機金属化合物を用いる場合に比べ、加水分解、脱水反応を含むと予想される酸化反応のエネルギーが小さいこと、酸化物生成過程で発生する分解物が効率よく気化、排出されるために膜に残存しにくく、生成した酸化物中に存在する炭素などの不純物成分が少ないため、良好な半導体特性が得られるものと推定される。   These metal salts have less energy of oxidation reaction, which is expected to include hydrolysis and dehydration reactions, compared to the case of using other inorganic salts and organic metal compounds, and there are decomposition products generated during the oxide formation process. It is presumed that good semiconductor characteristics can be obtained because it is difficult to remain in the film because it is efficiently vaporized and discharged, and there are few impurity components such as carbon present in the generated oxide.

不純物低減、半導体特性の向上の観点から、上記金属塩の中でも硝酸塩が最も好ましい。   Among the above metal salts, nitrates are most preferable from the viewpoint of reducing impurities and improving semiconductor characteristics.

金属塩、特に硝酸塩で得られる半導体特性向上の効果は、加熱温度が100℃以上、400℃以下の温度範囲で得られる非晶質の金属酸化物半導体において、特に顕著である。非晶質酸化物の半導体の良好な状態が、金属塩を原料とした半導体薄膜で得られることは従来知られておらず、本発明で得られる顕著な効果といえる。   The effect of improving the semiconductor properties obtained with metal salts, particularly nitrates, is particularly remarkable in an amorphous metal oxide semiconductor obtained at a temperature range of 100 ° C. or higher and 400 ° C. or lower. It has not been known so far that a good state of an amorphous oxide semiconductor can be obtained with a semiconductor thin film made of a metal salt as a raw material, which can be said to be a remarkable effect obtained by the present invention.

これらの塩を用いると、また、半導体変換処理として電磁波(マイクロ波)で実質低温において変換するとき照射時間を短くでき好ましい。   Use of these salts is also preferable because the irradiation time can be shortened when the semiconductor conversion treatment is performed at substantially low temperatures by electromagnetic waves (microwaves).

(前駆体薄膜の成膜方法、パターン化方法)
これらの金属酸化物半導体の前駆体を含有する薄膜を形成するためには、公知の成膜法、真空蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオンクラスタービーム法、低エネルギーイオンビーム法、イオンプレーティング法、CVD法、スパッタリング法、大気圧プラズマ法などを用いることができるが、本発明においては、前述した金属酸化物半導体の前駆体を適切な溶媒に溶解した溶液を用い基板上に塗設することが好ましく、これにより生産性を大幅に向上させることができる。
(Precursor thin film formation method, patterning method)
In order to form a thin film containing these metal oxide semiconductor precursors, a known film formation method, vacuum deposition method, molecular beam epitaxial growth method, ion cluster beam method, low energy ion beam method, ion plating method are used. In the present invention, a solution prepared by dissolving the above-mentioned metal oxide semiconductor precursor in an appropriate solvent is applied on the substrate. Is preferable, and thus productivity can be greatly improved.

金属酸化物半導体の前駆体を溶解する溶媒としては、水の他、用いる金属化合物を溶解するものであれば特に制限されるところではなく、水や、エタノール、プロパノール、エチレングリコールなどのアルコール類、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル系、酢酸メチル、酢酸エチル等のエステル系、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系、ジエチレングリコールモノメチルエーテル等グリコールエーテル系、また、アセトニトリルなど、更に、キシレン、トルエン等の芳香族系溶媒、ヘキサン、シクロヘキサン、トリデカンなど、α−テルピネオール、また、クロロホルムや1,2−ジクロロエタン等のハロゲン化アルキル系溶媒、N−メチルピロリドン、2硫化炭素等を用いることができる。   The solvent for dissolving the precursor of the metal oxide semiconductor is not particularly limited as long as it dissolves the metal compound to be used in addition to water, and water and alcohols such as ethanol, propanol, and ethylene glycol, Ethers such as tetrahydrofuran and dioxane, esters such as methyl acetate and ethyl acetate, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone and cyclohexanone, glycol ethers such as diethylene glycol monomethyl ether, acetonitrile, and aromatics such as xylene and toluene Solvents such as α-terpineol such as hexane, cyclohexane and tridecane, alkyl halide solvents such as chloroform and 1,2-dichloroethane, N-methylpyrrolidone, carbon disulfide and the like can be used.

中でも、金属塩などの溶解性、塗布後の乾燥性の観点から水および低級アルコールが好ましく、低級アルコールの中ではメタノール、エタノール、プロパノール(1−プロパノール及びイソプロパノール)が乾燥性の観点で好ましい。また、溶媒として低級アルコールを単独で用いてもよいし、水と任意の割合で混合して用いてもよい。溶解性と溶液安定性および乾燥性の観点から水とこれら低級アルコール類を混合して本発明の「水溶液」を作製することが好ましい。低級アルコールを混合して水溶液を作製すると、大きな組成の変化を行わず表面張力を下げることができるので、インクジェット塗布等において出射性が向上するので好ましい。   Among these, water and lower alcohols are preferable from the viewpoint of solubility of metal salts and the like and drying properties after coating, and methanol, ethanol, and propanol (1-propanol and isopropanol) are preferable among the lower alcohols from the viewpoint of drying properties. Moreover, a lower alcohol may be used alone as a solvent, or may be used by mixing with water at an arbitrary ratio. From the viewpoints of solubility, solution stability, and drying properties, it is preferable to prepare “aqueous solution” of the present invention by mixing water and these lower alcohols. It is preferable to prepare an aqueous solution by mixing a lower alcohol, since the surface tension can be lowered without causing a large change in composition, and the light emission is improved in inkjet coating or the like.

本発明の水溶液とは溶媒中の水含有率が30質量%以上の混合溶媒および水(水含有率=100質量%)に溶質(本発明では金属塩とその他必要に応じて添加される添加剤)を溶解した溶液を意味する。金属塩等溶質の溶解性、溶液安定性の観点から好ましくは水含有率は50質量%以上であり、さらに好ましくは水含有率が70質量%以上である。   The aqueous solution of the present invention is a mixed solvent having a water content of 30% by mass or more in the solvent and water (water content = 100% by mass) as a solute (in the present invention, a metal salt and other additives added as necessary. ) Is dissolved. From the viewpoints of solubility of solutes such as metal salts and solution stability, the water content is preferably 50% by mass or more, and more preferably 70% by mass or more.

また、乾燥性およびインクジェット出射性、薄膜トランジスタの特性などの半導体特性を考慮した場合、溶媒比率で5質量%以上の低級アルコール添加が好ましく、いずれの特性(乾燥、出射性と溶液安定性)も満たすには水/低級アルコール比率が5/5〜95/5であることが好ましい。   In addition, when considering semiconductor characteristics such as drying characteristics, inkjet emission characteristics, and thin film transistor characteristics, it is preferable to add a lower alcohol with a solvent ratio of 5% by mass or more, and satisfy any characteristics (drying, emission characteristics and solution stability). The water / lower alcohol ratio is preferably 5/5 to 95/5.

さらに、アルコール類添加の効果として、半導体特性の向上の効果が認められる。たとえば薄膜トランジスタの移動度、on/off比、閾値などの特性の向上が認められる。この効果の原因について明確でないが、加熱による酸化物の生成プロセスに影響しているものと推察される。   Further, as an effect of adding alcohols, an effect of improving semiconductor characteristics is recognized. For example, improvement in characteristics such as mobility, on / off ratio, and threshold value of the thin film transistor is recognized. Although the cause of this effect is not clear, it is presumed that it has an influence on the oxide formation process by heating.

特に、硝酸塩等の金属塩は、金属アルコキシド類のように室温で加水分解することがなく、水を主たる溶媒として用いることができるので、製造工程上、また環境上もより好ましい。   In particular, a metal salt such as nitrate is not hydrolyzed at room temperature unlike metal alkoxides, and water can be used as a main solvent, so that it is more preferable in terms of manufacturing process and environment.

また、金属塩化物等の金属塩は大気中での劣化、分解と(特にガリウム等の場合)、強い潮解性とが激しいが、硝酸塩等の無機塩については潮解、また劣化等がなく使い易いことも製造環境上より好ましい。   In addition, metal salts such as metal chlorides are severely degraded and decomposed in the atmosphere (especially in the case of gallium and the like) and strong deliquescence, but inorganic salts such as nitrates are easy to use without deliquescence and deterioration This is also preferable in terms of the manufacturing environment.

前記金属塩の中でも、水に対する劣化、分解、また容易に溶けること、さらに、潮解性等の性能においても優れた性質をもつ硝酸塩が最も好ましい。   Among the metal salts, nitrates having the most excellent properties in performance such as degradation, decomposition, and easy dissolution in water and deliquescence are most preferable.

本発明においては、金属塩などを含有する溶液を基材上に適用して、金属酸化物半導体の前駆体を含有する薄膜を形成する。   In the present invention, a solution containing a metal salt or the like is applied onto a substrate to form a thin film containing a metal oxide semiconductor precursor.

金属塩などを含有する溶液を基材上に適用して、金属酸化物半導体の前駆体薄膜を形成する方法としては、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、ディップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法、ミスト法、など、凸版、凹版、平版、スクリーン印刷、インクジェットなどの印刷法等、広い意味での塗布による方法が挙げられ、また、これによりパターン化する方法などが挙げられる。塗布膜からフォトリソグラフ法、レーザーアブレーションなどによりパターン化してもよい。これらのうち、好ましいのは薄膜の塗布が可能な、インクジェット法、スプレーコート法等である。   As a method of forming a metal oxide semiconductor precursor thin film by applying a solution containing a metal salt or the like on a substrate, a spray coating method, a spin coating method, a blade coating method, a dip coating method, a casting method, Examples include roll coating methods, bar coating methods, die coating methods, mist methods, printing methods such as relief printing, intaglio printing, lithographic printing, screen printing, and ink jet printing, and methods using coating in a broad sense. The method etc. are mentioned. The coating film may be patterned by photolithography, laser ablation, or the like. Among these, the ink jet method, spray coating method, etc. which can apply | coat a thin film are preferable.

例えばインクジェット法を用いて成膜する場合、金属塩溶液を滴下して、80℃〜100℃程度で溶媒(水)を揮発させることにより金属塩を含有する半導体前駆体層薄膜が形成される。尚、溶液を滴下する際、基板自体を80℃〜150℃程度に加熱しておくと、塗布、乾燥の2プロセスを同時に行え、前駆体膜の造膜性も良好なため好ましい。   For example, when forming a film using an inkjet method, a semiconductor precursor layer thin film containing a metal salt is formed by dropping a metal salt solution and volatilizing a solvent (water) at about 80 ° C. to 100 ° C. In addition, when dropping the solution, it is preferable that the substrate itself is heated to about 80 ° C. to 150 ° C. because two processes of coating and drying can be performed simultaneously and the film forming property of the precursor film is good.

(金属の組成比)
本発明の方法により、前述した金属原子から選ばれた単独、または複数の金属原子を含む金属酸化物半導体の薄膜を作製する。金属酸化物半導体としては、単結晶、多結晶、非晶質のいずれの状態も使用可能だが、好ましくは非晶質の薄膜を用いる。
(Composition ratio of metal)
By the method of the present invention, a metal oxide semiconductor thin film containing a single metal atom or a plurality of metal atoms selected from the metal atoms described above is produced. As the metal oxide semiconductor, any state of single crystal, polycrystal, and amorphous can be used, but an amorphous thin film is preferably used.

形成された金属酸化物半導体に含まれる金属原子は、前駆体の記述に挙げたものと同様に、インジウム(In)、錫(Sn)、亜鉛(Zn)のいずれかを含むことが好ましく、さらにガリウム(Ga)またはアルミニウム(Al)を含むことが好ましい。   The metal atom contained in the formed metal oxide semiconductor preferably contains any one of indium (In), tin (Sn), and zinc (Zn), as described in the description of the precursor. It is preferable to contain gallium (Ga) or aluminum (Al).

これらの金属を成分として含む前駆体溶液を作製する場合、好ましい金属の組成比としては、In、Snの金属塩から選ばれる塩に含有される金属(金属A)と、Ga、Alの金属塩から選ばれる塩に含有される金属(金属B)と、Znの金属塩に含有される金属(金属C=Zn)とのモル比率(金属A:金属B:金属C)が、以下の関係式を満たすことが好ましい。   When preparing a precursor solution containing these metals as components, the preferred metal composition ratio is as follows: a metal (metal A) contained in a salt selected from metal salts of In and Sn, and metal salts of Ga and Al The molar ratio (metal A: metal B: metal C) of metal (metal B = metal C) contained in the metal salt (metal B) contained in the salt selected from the following relational expression: It is preferable to satisfy.

金属A:金属B:金属C=1:0.2〜1.5:0〜5
である。
Metal A: Metal B: Metal C = 1: 0.2-1.5: 0-5
It is.

金属塩としては、硝酸塩が最も好ましいので、In、Sn(金属A)と、Ga、Al(金属B)と、Zn(金属C)とのモル比率(A:B:C)が、上記の関係式を満たすように、各金属の硝酸塩を、水を主成分とした溶媒に溶解・形成した塗布液を用いて金属無機塩を含む前駆体薄膜を塗布により形成することが好ましい。   As the metal salt, nitrate is most preferable. Therefore, the molar ratio (A: B: C) of In, Sn (metal A), Ga, Al (metal B), and Zn (metal C) is as described above. It is preferable to form a precursor thin film containing a metal inorganic salt by coating using a coating solution in which nitrate of each metal is dissolved and formed in a solvent containing water as a main component so as to satisfy the formula.

また、前駆体となる金属無機塩を含む薄膜の膜厚は1〜200nm、より好ましくは5〜100nmである。   Moreover, the film thickness of the thin film containing the metal inorganic salt used as a precursor is 1-200 nm, More preferably, it is 5-100 nm.

(非晶質酸化物)
形成される金属酸化物半導体としては、単結晶、多結晶、非晶質のいずれの状態も使用可能だが、好ましくは非晶質の薄膜を用いる。非晶質であることは、X線回折や電子線回折により確認でき、結晶に固有の回折パターンが観測されなければ、非晶質とみなすことができる。
(Amorphous oxide)
As the metal oxide semiconductor to be formed, any state of single crystal, polycrystal, and amorphous can be used, but an amorphous thin film is preferably used. Being amorphous can be confirmed by X-ray diffraction or electron diffraction, and can be regarded as amorphous if a diffraction pattern unique to the crystal is not observed.

金属酸化物半導体の前駆体となる金属化合物材料から形成された、本発明に係る金属酸化物である非晶質酸化物の電子キャリア濃度は1018/cm未満が実現されていればよい。電子キャリア濃度は室温で測定する場合の値である。室温とは、例えば25℃であり、具体的には0℃から40℃程度の範囲から適宜選択されるある温度である。なお、本発明に係るアモルファス酸化物の電子キャリア濃度は、0℃から40℃の範囲全てにおいて、1018/cm未満を充足する必要はない。例えば、25℃において、キャリア電子密度1018/cm未満が実現されていればよい。また、電子キャリア濃度をさらに下げ、1017/cm以下、より好ましくは1016/cm以下にするとノーマリーオフのTFTが歩留まり良く得られる。 The electron carrier concentration of an amorphous oxide, which is a metal oxide according to the present invention, formed from a metal compound material that is a precursor of a metal oxide semiconductor only needs to be less than 10 18 / cm 3 . The electron carrier concentration is a value when measured at room temperature. The room temperature is, for example, 25 ° C., specifically, a certain temperature appropriately selected from the range of about 0 ° C. to 40 ° C. Note that the electron carrier concentration of the amorphous oxide according to the present invention does not need to satisfy less than 10 18 / cm 3 in the entire range of 0 ° C. to 40 ° C. For example, a carrier electron density of less than 10 18 / cm 3 may be realized at 25 ° C. Further, when the electron carrier concentration is further reduced to 10 17 / cm 3 or less, more preferably 10 16 / cm 3 or less, a normally-off TFT can be obtained with a high yield.

電子キャリア濃度の測定は、ホール効果測定により求めることができる。   The electron carrier concentration can be measured by Hall effect measurement.

金属酸化物である半導体の膜厚としては、特に制限はないが、得られたトランジスタの特性は、半導体膜の膜厚に大きく左右される場合が多く、その膜厚は、半導体により異なるが、一般に1μm以下、特に10〜300nmが好ましい。   The film thickness of the semiconductor that is a metal oxide is not particularly limited, but the characteristics of the obtained transistor are often greatly influenced by the film thickness of the semiconductor film, and the film thickness varies depending on the semiconductor. Generally, 1 μm or less, particularly 10 to 300 nm is preferable.

本発明においては、前駆体材料(金属塩)、組成比、製造条件などを制御して、例えば、電子キャリア濃度を、1012/cm以上1018/cm未満とする。より好ましくは1013/cm以上1017/cm以下、さらには1015/cm以上1016/cm以下の範囲にすることが好ましいものである。 In the present invention, the precursor material (metal salt), composition ratio, production conditions, and the like are controlled so that, for example, the electron carrier concentration is 10 12 / cm 3 or more and less than 10 18 / cm 3 . More preferably, it is in the range of 10 13 / cm 3 or more and 10 17 / cm 3 or less, and more preferably 10 15 / cm 3 or more and 10 16 / cm 3 or less.

前記半導体変換処理、即ち金属無機塩から形成された前駆体薄膜を金属酸化物半導体に変換する方法としては、酸素プラズマ法、熱酸化法、UVオゾン法等の酸化処理が挙げられる。また後述するマイクロ波照射を用いることができる。   Examples of the semiconductor conversion treatment, that is, a method of converting a precursor thin film formed from a metal inorganic salt into a metal oxide semiconductor include oxidation treatments such as an oxygen plasma method, a thermal oxidation method, and a UV ozone method. Moreover, the microwave irradiation mentioned later can be used.

本発明において、前駆体材料を加熱する温度は前駆体を含有する薄膜表面の温度が50℃〜1000℃の範囲で任意に設定することができるが、電子デバイスの、デバイスの特性や生産効率の観点から、100℃〜400℃にすることが好ましい。薄膜表面の温度、基板の温度等は熱電対を用いた表面温度計、放射温度の測定が可能な放射温度計、ファイバー温度計などにより測定できる。により測定できる。加熱温度は電磁波の出力、照射時間、さらには照射回数により制御することが可能である。また、前駆体材料を加熱する時間は、任意に設定できるが、電子デバイスの特性や生産効率の観点から、1秒以上60分以下の範囲が好ましい。より好ましくは5分〜30分である。   In the present invention, the temperature at which the precursor material is heated can be arbitrarily set within the range of the temperature of the thin film surface containing the precursor in the range of 50 ° C to 1000 ° C. From a viewpoint, it is preferable to set it as 100 to 400 degreeC. The temperature of the thin film surface, the temperature of the substrate, etc. can be measured by a surface thermometer using a thermocouple, a radiation thermometer capable of measuring the radiation temperature, a fiber thermometer, or the like. Can be measured. The heating temperature can be controlled by the output of electromagnetic waves, the irradiation time, and the number of irradiations. The time for heating the precursor material can be set arbitrarily, but is preferably in the range of 1 second to 60 minutes from the viewpoint of the characteristics of the electronic device and production efficiency. More preferably, it is 5 minutes to 30 minutes.

本発明において硝酸塩、硫酸塩、燐酸塩、炭酸塩、酢酸塩または蓚酸塩から選ばれる金属塩を用いることで比較的低い温度において半導体変換処理を行うことができる。   In the present invention, the semiconductor conversion treatment can be performed at a relatively low temperature by using a metal salt selected from nitrate, sulfate, phosphate, carbonate, acetate or oxalate.

また、金属酸化物の形成はESCA等により検知でき、半導体への変換が充分行われる条件を予め選択することができる。   Further, the formation of the metal oxide can be detected by ESCA or the like, and the conditions under which the conversion to the semiconductor is sufficiently performed can be selected in advance.

また、酸素プラズマ法としては大気圧プラズマ法を用いるのが好ましい。また酸素プラズマ法、UVオゾン法においては、基板を50℃〜300℃の範囲で加熱させることが好ましい。   Further, it is preferable to use an atmospheric pressure plasma method as the oxygen plasma method. In the oxygen plasma method and the UV ozone method, the substrate is preferably heated in the range of 50 ° C to 300 ° C.

大気圧プラズマ法では、大気圧下で、アルゴンガス等の不活性ガスを放電ガスとして、これと共に反応ガス(酸素を含むガス)を放電空間に導入して、高周波電界を印加して、放電ガスを励起させ、プラズマ発生させ、反応ガスと接触させて酸素を含むプラズマを発生させ、基体表面をこれに晒すことで酸素プラズマ処理を行う。大気圧下とは、20〜110kPaの圧力を表すが、好ましくは93〜104kPaである。   In the atmospheric pressure plasma method, an inert gas such as argon gas is used as a discharge gas under atmospheric pressure, and a reaction gas (a gas containing oxygen) is introduced into the discharge space, and a high frequency electric field is applied to the discharge gas. Is excited to generate plasma, and contact with a reactive gas to generate plasma containing oxygen, and the substrate surface is exposed to this to perform oxygen plasma treatment. Under atmospheric pressure represents a pressure of 20 to 110 kPa, preferably 93 to 104 kPa.

大気圧プラズマ法を用いて、酸素含むガスを反応性ガスとして、酸素プラズマを発生させ、金属塩を含有する前駆体薄膜を、プラズマ空間に晒すことでプラズマ酸化により前駆体薄膜は酸化分解して、金属酸化物からなる層が形成する。   Using an atmospheric pressure plasma method, oxygen plasma is generated as a reactive gas, oxygen plasma is generated, and the precursor thin film containing a metal salt is exposed to the plasma space, so that the precursor thin film is oxidized and decomposed by plasma oxidation. A layer made of a metal oxide is formed.

高周波電源として0.5kHz以上、2.45GHz以下、また、対向電極間に供給する電力は、好ましくは0.1W/cm以上、50W/cm以下である。 The high frequency power source is 0.5 kHz or more and 2.45 GHz or less, and the power supplied between the counter electrodes is preferably 0.1 W / cm 2 or more and 50 W / cm 2 or less.

使用するガスは、基本的に、放電ガス(不活性ガス)と、反応ガス(酸化性ガス)の混合ガスである。反応ガスは好ましくは酸素ガスであり混合ガスに対し、0.01〜10体積%含有させることが好ましい。0.1〜10体積%であることがより好ましいが、さらに好ましくは、0.1〜5体積%である。   The gas used is basically a mixed gas of a discharge gas (inert gas) and a reaction gas (oxidizing gas). The reaction gas is preferably oxygen gas and is preferably contained in an amount of 0.01 to 10% by volume with respect to the mixed gas. Although it is more preferable that it is 0.1-10 volume%, More preferably, it is 0.1-5 volume%.

上記不活性ガスとしては、周期表の第18属元素、具体的には、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドンや、窒素ガス等が挙げられるが、本発明に記載の効果を得るためには、ヘリウム、アルゴン、窒素ガスが好ましく用いられる。   Examples of the inert gas include Group 18 elements of the periodic table, specifically, helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, nitrogen gas, and the like, in order to obtain the effects described in the present invention. For this, helium, argon, or nitrogen gas is preferably used.

また、反応ガスを放電空間である電極間に導入するには、常温常圧で構わない。   In order to introduce the reaction gas between the electrodes which are the discharge space, normal temperature and normal pressure may be used.

大気圧下でのプラズマ法については特開平11−61406号、同11−133205号、特開2000−121804号、同2000−147209号、同2000−185362号等に記載されている。   The plasma method under atmospheric pressure is described in JP-A Nos. 11-61406, 11-133205, 2000-121804, 2000-147209, 2000-185362, and the like.

また、UVオゾン法は、酸素の存在下で、紫外光を照射し、酸化反応を進行させる方法である。紫外光の波長は、100nm〜450nm、特に好ましくは150〜300nm程度の所謂、真空紫外光を照射することが好ましい。光源は、低圧水銀灯、重水素ランプ、キセノンエキシマーランプ、メタルハライドランプ、エキシマーレーザーなどを用いることができる。   The UV ozone method is a method in which an ultraviolet light is irradiated in the presence of oxygen to advance an oxidation reaction. It is preferable to irradiate so-called vacuum ultraviolet light having a wavelength of ultraviolet light of 100 nm to 450 nm, particularly preferably about 150 to 300 nm. As the light source, a low-pressure mercury lamp, a deuterium lamp, a xenon excimer lamp, a metal halide lamp, an excimer laser, or the like can be used.

ランプの出力としては400W〜30kW、照度としては100mW/cm〜100kW/cm、照射エネルギーとしては10〜5000mJ/cmが好ましく、100〜2000mJ/cmがより好ましい。 The output of the lamp 400W~30kW, 100mW / cm 2 ~100kW / cm 2 as illuminance, preferably 10~5000mJ / cm 2 as irradiation energy, 100 to 2000 mJ / cm 2 is more preferable.

紫外線照射の際の照度は1mW〜10W/cmが好ましい。 The illuminance at the time of ultraviolet irradiation is preferably 1 mW to 10 W / cm 2 .

また、本発明においては、酸化処理に加えて前記酸化処理の後、あるいは前記酸化処理と同時に加熱処理を施すことが好ましい。これにより酸化分解を促進できる。   In the present invention, it is preferable to perform a heat treatment after the oxidation treatment or simultaneously with the oxidation treatment in addition to the oxidation treatment. Thereby, oxidative decomposition can be promoted.

また、金属塩を含有する薄膜を酸化処理したのち、基材を50℃〜200℃、好ましくは80℃〜150℃の範囲で、加熱時間としては1分〜10時間の範囲で加熱することが好ましい。   Moreover, after oxidizing the thin film containing a metal salt, the substrate may be heated in the range of 50 ° C. to 200 ° C., preferably in the range of 80 ° C. to 150 ° C., and the heating time in the range of 1 minute to 10 hours. preferable.

加熱処理は、酸化処理と同時に行ってもよく、酸化による金属酸化物半導体への変換を迅速に行うことができる。   The heat treatment may be performed at the same time as the oxidation treatment, and can be quickly converted into a metal oxide semiconductor by oxidation.

金属酸化物半導体への変換後、形成される半導体薄膜の膜厚は1〜200nm、より好ましくは5〜100nmが好ましい。   After the conversion to a metal oxide semiconductor, the thickness of the formed semiconductor thin film is preferably 1 to 200 nm, more preferably 5 to 100 nm.

本発明においては、前記半導体変換処理として、マイクロ波(0.3〜50GHz)照射の工程を含むことが好ましい。また、酸素の存在下で、マイクロ波を照射することが、短時間で金属酸化物半導体前駆体の酸化反応を進行させる上で好ましい。   In the present invention, the semiconductor conversion process preferably includes a microwave (0.3 to 50 GHz) irradiation step. In addition, it is preferable to irradiate microwaves in the presence of oxygen in order to advance the oxidation reaction of the metal oxide semiconductor precursor in a short time.

(マイクロ波の照射)
本発明においては、金属酸化物半導体の前駆体となる前記金属無機塩材料から形成された薄膜を半導体に変換する方法として、マイクロ波照射を用いることが好ましい。
(Microwave irradiation)
In the present invention, it is preferable to use microwave irradiation as a method of converting a thin film formed from the metal inorganic salt material, which is a precursor of a metal oxide semiconductor, into a semiconductor.

即ち、これらの金属酸化物半導体の前駆体となる前記金属塩材料を含む薄膜を形成した後、該薄膜に対し、電磁波、特にマイクロ波(周波数0.3GHz〜50GHz)を照射する。   That is, after forming a thin film containing the metal salt material to be a precursor of these metal oxide semiconductors, the thin film is irradiated with electromagnetic waves, particularly microwaves (frequency 0.3 GHz to 50 GHz).

金属酸化物半導体の前駆体となる前記金属塩材料を含む薄膜にマイクロ波を照射することで、金属酸化物前駆体中の電子が振動し、熱が発生して薄膜が内部から、均一に加熱される。ガラスや樹脂等の基板には、マイクロ波領域に吸収が殆どないため、基板自体は殆ど発熱せずに薄膜部のみを選択的に加熱し熱酸化、金属酸化物半導体へ変換することが可能となる。   By irradiating the thin film containing the metal salt material, which is the precursor of the metal oxide semiconductor, with microwaves, the electrons in the metal oxide precursor vibrate and heat is generated to uniformly heat the thin film from the inside. Is done. Since substrates such as glass and resin have almost no absorption in the microwave region, the substrate itself hardly generates heat, and only the thin film portion can be selectively heated to be thermally oxidized and converted into a metal oxide semiconductor. Become.

マイクロ波加熱においては一般的な様に、マイクロ波吸収は吸収が強い物質に集中し、尚且つ非常に短時間で昇温することが可能なため、本発明にこの方法を用いた場合に、基材自身には殆ど電磁波による加熱の影響を与えず、短時間で前駆体薄膜のみを酸化反応が起きる温度まで昇温でき、金属酸化物前駆体を金属酸化物に変換することが可能となる。また、加熱温度、加熱時間は照射するマイクロ波の出力、照射時間で制御することが可能であり、前駆体材料、基板材料に合わせて調整することが可能である。   As is generally the case with microwave heating, microwave absorption concentrates on strongly absorbing substances and can be raised in a very short time, so when this method is used in the present invention, The base material itself is hardly affected by heating by electromagnetic waves, and only the precursor thin film can be heated to a temperature at which the oxidation reaction occurs in a short time, and the metal oxide precursor can be converted into a metal oxide. . Further, the heating temperature and the heating time can be controlled by the output of the microwave to be irradiated and the irradiation time, and can be adjusted according to the precursor material and the substrate material.

一般的に、マイクロ波とは0.3GHz〜50GHzの周波数を持つ電磁波のことを指し、携帯通信で用いられる0.8GHzおよび1.5GHz帯、2GHz帯、アマチュア無線、航空機レーダー等で用いられる1.2GHz帯、電子レンジ、構内無線、VICS等で用いられる2.4GHz帯、船舶レーダー等に用いられる3GHz帯、その他ETCの通信に用いられる5.6GHzなどは全てマイクロ波の範疇に入る電磁波である。また、28GHz、また50GHz等の発振機を市場で入手できる。   Generally, a microwave refers to an electromagnetic wave having a frequency of 0.3 GHz to 50 GHz, and is used in 0.8 GHz and 1.5 GHz bands, 2 GHz bands, amateur radio, aircraft radar, etc. used in mobile communication. .2 GHz band, microwave oven, local radio, 2.4 GHz band used for VICS, 3 GHz band used for ship radar, etc., and 5.6 GHz used for other ETC communications are all electromagnetic waves in the microwave category. is there. In addition, oscillators such as 28 GHz and 50 GHz are available on the market.

オーブンなどを用いた通常の加熱方法に比較し、本発明の電磁波(マイクロ波)照射による加熱方法を用いることで、より良好な金属酸化物半導体層を得ることができる。金属酸化物半導体前駆体材料から金属酸化物半導体が生成するに際し、伝導熱以外の作用、例えば金属酸化物半導体前駆体材料への電磁波の直接的な作用を示唆する効果が得られている。機構は十分に明らかになっていないが、金属酸化物半導体前駆体材料の加水分解や脱水、分解、酸化等による金属酸化物半導体への転化が電磁波により促進された結果と推定される。   Compared with a normal heating method using an oven or the like, a better metal oxide semiconductor layer can be obtained by using the heating method by electromagnetic wave (microwave) irradiation of the present invention. In producing a metal oxide semiconductor from a metal oxide semiconductor precursor material, effects other than conduction heat, for example, an effect suggesting direct action of electromagnetic waves on the metal oxide semiconductor precursor material are obtained. Although the mechanism has not been fully clarified, it is presumed that the conversion of the metal oxide semiconductor precursor material into a metal oxide semiconductor by hydrolysis, dehydration, decomposition, oxidation, or the like was promoted by electromagnetic waves.

前記金属塩を含有する半導体前駆体層にマイクロ波照射を行って、半導体変換処理を行う方法は、短時間で選択的に酸化反応を進行させる方法である。尚、酸素の存在下で、マイクロ波を照射することが、短時間で金属酸化物半導体前駆体の酸化反応を進行させる上で好ましい。但し、熱伝導により少なからず基材にも熱が伝わるため、特に樹脂基板のような耐熱性の低い基材の場合は、マイクロ波の出力、照射時間、さらには照射回数を制御することで前駆体を含有する薄膜の表面温度が100℃以上〜400℃未満になる様に処理することが好ましい。薄膜表面の温度、基板の温度等は熱電対を用いた表面温度計、また非接触の表面温度計により測定が可能である。   The method of performing semiconductor conversion treatment by irradiating the semiconductor precursor layer containing the metal salt with microwaves is a method of allowing the oxidation reaction to proceed selectively in a short time. Note that irradiation with microwaves in the presence of oxygen is preferable in order to advance the oxidation reaction of the metal oxide semiconductor precursor in a short time. However, since heat is transferred to the base material not only by heat conduction, in the case of a base material with low heat resistance such as a resin substrate, the precursor can be controlled by controlling the microwave output, irradiation time, and the number of times of irradiation. It is preferable to process so that the surface temperature of the thin film containing a body may be 100 degreeC or more and less than 400 degreeC. The temperature of the thin film surface, the temperature of the substrate, etc. can be measured by a surface thermometer using a thermocouple or a non-contact surface thermometer.

また、ITOのような強い電磁波吸収体が近傍(例えばゲート電極等)に存在する場合、これもマイクロ波を吸収し発熱するため、これに隣接する領域を更に短時間に加熱することができる。   Further, when a strong electromagnetic wave absorber such as ITO is present in the vicinity (for example, a gate electrode), this also absorbs microwaves and generates heat, so that a region adjacent thereto can be heated in a shorter time.

(素子構成)
図1は、本発明に係わる金属酸化物半導体を用いた、薄膜トランジスタ素子の代表的な素子構成を示す図である。
(Element structure)
FIG. 1 is a diagram showing a typical element configuration of a thin film transistor element using a metal oxide semiconductor according to the present invention.

薄膜トランジスタの構成例を幾つか断面図にて図1(a)〜(f)に示す。図1において、ソース電極102、ドレイン電極103を、金属酸化物半導体からなる半導体層101がチャネルとして連結するよう構成される。   Several structural examples of thin film transistors are shown in cross-sectional views in FIGS. In FIG. 1, a source electrode 102 and a drain electrode 103 are connected to a semiconductor layer 101 made of a metal oxide semiconductor as a channel.

同図(a)は、支持体106上に本発明の方法によりソース電極102、ドレイン電極103を形成して、これを基材(基板)として、両電極間に半導体層101を形成し、その上にゲート絶縁層105を形成し、さらにその上にゲート電極104を形成して電界効果薄膜トランジスタを形成したものである。同図(b)は、半導体層101を、(a)では電極間に形成したものを、コート法等を用いて電極および支持体表面全体を覆うように形成したものを表す。(c)は、支持体106上に、まず、半導体層101を形成し、その後ソース電極102、ドレイン電極103、そして絶縁層105を形成した後、ゲート電極104を形成したものを表す。本発明においては、半導体層およびフッ素化合物含有層(フッ素化合物含有層については図示してない。)が本発明の構成や方法で形成されていればよい。   In FIG. 6A, a source electrode 102 and a drain electrode 103 are formed on a support 106 by the method of the present invention, and this is used as a base material (substrate) to form a semiconductor layer 101 between both electrodes. A field effect thin film transistor is formed by forming a gate insulating layer 105 thereon and further forming a gate electrode 104 thereon. FIG. 4B shows the semiconductor layer 101 formed between the electrodes in FIG. 5A so as to cover the entire surface of the electrode and the support using a coating method or the like. (C) shows a structure in which the semiconductor layer 101 is first formed on the support 106, the source electrode 102, the drain electrode 103, and the insulating layer 105 are formed, and then the gate electrode 104 is formed. In the present invention, the semiconductor layer and the fluorine compound-containing layer (the fluorine compound-containing layer is not shown) may be formed by the configuration and method of the present invention.

同図(d)は、支持体106上にゲート電極104を形成した後、ゲート絶縁層105を形成し、その上にソース電極102およびドレイン電極103を形成し、該電極間に半導体層101を形成する。その他同図(e)、(f)に示すような構成を取ることもできる。   In FIG. 4D, after the gate electrode 104 is formed on the support 106, the gate insulating layer 105 is formed, the source electrode 102 and the drain electrode 103 are formed thereon, and the semiconductor layer 101 is formed between the electrodes. Form. In addition, the configuration as shown in FIGS.

図2は、薄膜トランジスタ素子が複数配置される薄膜トランジスタシートの1例を示す概略の等価回路図である。   FIG. 2 is a schematic equivalent circuit diagram showing an example of a thin film transistor sheet in which a plurality of thin film transistor elements are arranged.

薄膜トランジスタシート120はマトリクス配置された多数の薄膜トランジスタ素子124を有する。121は各薄膜トランジスタ素子124のゲート電極のゲートバスラインであり、122は各薄膜トランジスタ素子124のソース電極のソースバスラインである。各薄膜トランジスタ素子124のドレイン電極には、出力素子126が接続され、この出力素子126は例えば液晶、電気泳動素子等であり、表示装置における画素を構成する。図示の例では、出力素子126として液晶が、抵抗とコンデンサからなる等価回路で示されている。125は蓄積コンデンサ、127は垂直駆動回路、128は水平駆動回路である。これら薄膜トランジスタシート120における各トランジスタ素子のソース、ドレイン電極又ゲート電極等、さらにゲートバスライン、ソースバスライン、また回路配線の製造に本発明を用いることができる。   The thin film transistor sheet 120 has a large number of thin film transistor elements 124 arranged in a matrix. 121 is a gate bus line of the gate electrode of each thin film transistor element 124, and 122 is a source bus line of the source electrode of each thin film transistor element 124. An output element 126 is connected to the drain electrode of each thin film transistor element 124. The output element 126 is, for example, a liquid crystal or an electrophoretic element, and constitutes a pixel in the display device. In the illustrated example, a liquid crystal is shown as an output element 126 by an equivalent circuit composed of a resistor and a capacitor. Reference numeral 125 denotes a storage capacitor, 127 denotes a vertical drive circuit, and 128 denotes a horizontal drive circuit. The present invention can be used to manufacture the source, drain electrode, gate electrode, and the like of each transistor element in the thin film transistor sheet 120, as well as the gate bus line, source bus line, and circuit wiring.

次いで、TFT素子を構成する各要素について説明する。   Next, each element constituting the TFT element will be described.

(電極)
本発明において、TFT素子を構成するソース電極、ドレイン電極、ゲート電極等の電極に用いられる導電性材料としては、電極として実用可能なレベルでの導電性があればよく、特に限定されず、白金、金、銀、ニッケル、クロム、銅、鉄、錫、アンチモン鉛、タンタル、インジウム、パラジウム、テルル、レニウム、イリジウム、アルミニウム、ルテニウム、ゲルマニウム、モリブデン、タングステン、酸化スズ・アンチモン、酸化インジウム・スズ(ITO)、フッ素ドープ酸化亜鉛、亜鉛、炭素、グラファイト、グラッシーカーボン、銀ペーストおよびカーボンペースト、リチウム、ベリリウム、ナトリウム、マグネシウム、カリウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、マンガン、ジルコニウム、ガリウム、ニオブ、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、アルミニウム、マグネシウム/銅混合物、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム混合物、リチウム/アルミニウム混合物等が用いられる。
(electrode)
In the present invention, the conductive material used for the electrodes such as the source electrode, the drain electrode, and the gate electrode constituting the TFT element is not particularly limited as long as it has conductivity at a practical level as an electrode. , Gold, silver, nickel, chromium, copper, iron, tin, antimony lead, tantalum, indium, palladium, tellurium, rhenium, iridium, aluminum, ruthenium, germanium, molybdenum, tungsten, tin / antimony oxide, indium / tin oxide ( ITO), fluorine-doped zinc oxide, zinc, carbon, graphite, glassy carbon, silver paste and carbon paste, lithium, beryllium, sodium, magnesium, potassium, calcium, scandium, titanium, manganese, zirconium, gallium, niobium, sodium Sodium - potassium alloy, magnesium, lithium, aluminum, magnesium / copper mixture, a magnesium / silver mixture, a magnesium / aluminum mixture, magnesium / indium mixture, aluminum / aluminum oxide mixture, a lithium / aluminum mixture, or the like is used.

また、導電性材料としては、導電性ポリマーや金属微粒子などを好適に用いることができる。金属微粒子を含有する分散物としては、例えば公知の導電性ペーストなどを用いても良いが、好ましくは、粒子径が1nm〜50nm、好ましくは1nm〜10nmの金属微粒子を含有する分散物である。金属微粒子から電極を形成するには、前述の方法を同様に用いることができ、金属微粒子の材料としては上記の金属を用いることができる。   Moreover, as a conductive material, a conductive polymer, metal fine particles, or the like can be suitably used. As the dispersion containing metal fine particles, for example, a known conductive paste may be used, but a dispersion containing metal fine particles having a particle diameter of 1 nm to 50 nm, preferably 1 nm to 10 nm is preferable. In order to form an electrode from metal fine particles, the above-described method can be used in the same manner, and the metal described above can be used as the material of the metal fine particles.

(電極等の形成方法)
電極の形成方法としては、上記を原料として蒸着やスパッタリング等の方法を用いて形成した導電性薄膜を、公知のフォトリソグラフ法やリフトオフ法を用いて電極形成する方法、アルミニウムや銅などの金属箔上に熱転写、インクジェット等により、レジストを形成しエッチングする方法がある。また導電性ポリマーの溶液あるいは分散液、金属微粒子を含有する分散液等を直接インクジェット法によりパターニングしてもよいし、塗工膜からリソグラフやレーザーアブレーションなどにより形成してもよい。さらに導電性ポリマーや金属微粒子を含有する導電性インク、導電性ペーストなどを凸版、凹版、平版、スクリーン印刷などの印刷法でパターニングする方法も用いることができる。
(Method for forming electrodes, etc.)
As a method for forming an electrode, a method for forming an electrode using a known photolithographic method or a lift-off method, using a conductive thin film formed by a method such as vapor deposition or sputtering using the above as a raw material, or a metal foil such as aluminum or copper There is a method in which a resist is formed and etched by thermal transfer, ink jet or the like. Alternatively, a conductive polymer solution or dispersion, a dispersion containing metal fine particles, or the like may be directly patterned by an ink jet method, or may be formed from a coating film by lithography or laser ablation. Further, a method of patterning a conductive ink or conductive paste containing a conductive polymer or metal fine particles by a printing method such as relief printing, intaglio printing, planographic printing, or screen printing can also be used.

ソース、ドレイン、あるいはゲート電極等の電極、またゲート、あるいはソースバスライン等を、エッチングまたはリフトオフ等感光性樹脂等を用いた金属薄膜のパターニングなしに形成する方法として、無電解メッキ法による方法が知られている。   As a method of forming an electrode such as a source, drain, or gate electrode, a gate, or a source bus line without patterning a metal thin film using a photosensitive resin such as etching or lift-off, there is a method by an electroless plating method. Are known.

無電解メッキ法による電極の形成方法に関しては、特開2004−158805号にも記載されたように、電極を設ける部分に、メッキ剤と作用して無電解メッキを生じさせるメッキ触媒を含有する液体を、例えば印刷法(インクジェット印刷含む。)によって、パターニングした後に、メッキ剤を、電極を設ける部分に接触させる。そうすると、前記触媒とメッキ剤との接触により前記部分に無電解メッキが施されて、電極パターンが形成されるというものである。   Regarding the method of forming an electrode by electroless plating, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-158805, a liquid containing a plating catalyst that causes electroless plating by acting with a plating agent on a portion where an electrode is provided After patterning, for example, by a printing method (including inkjet printing), a plating agent is brought into contact with a portion where an electrode is provided. If it does so, electroless plating will be performed to the said part by the contact of the said catalyst and a plating agent, and an electrode pattern will be formed.

無電解メッキの触媒と、メッキ剤の適用を逆にしてもよく、またパターン形成をどちらで行ってもよいが、メッキ触媒パターンを形成し、これにメッキ剤を適用する方法が好ましい。   The application of the electroless plating catalyst and the plating agent may be reversed, and the pattern formation may be performed either. However, a method of forming a plating catalyst pattern and applying the plating agent to this is preferable.

印刷法としては、例えば、スクリーン印刷、平版、凸版、凹版又インクジェット法による印刷などが用いられる。   As the printing method, for example, screen printing, planographic printing, letterpress printing, intaglio printing, printing by ink jet printing, or the like is used.

(基板)
基板(支持体)を構成する支持体材料としては、種々の材料が利用可能であり、例えば、ガラス、石英、酸化アルミニウム、サファイア、チッ化珪素、炭化珪素などのセラミック基板、シリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素、ガリウム燐、ガリウム窒素など半導体基板、紙、不織布などを用いることができるが、本発明において支持体は樹脂からなることが好ましく、例えばプラスチックフィルムシートを用いることができる。プラスチックフィルムとしては、例えばポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリイミド、ボリカーボネート(PC)、セルローストリアセテート(TAC)、セルロースアセテートプロピオネート(CAP)等からなるフィルム等が挙げられる。プラスチックフィルムを用いることで、ガラス基板を用いる場合に比べて軽量化を図ることができ、可搬性を高めることができるとともに、衝撃に対する耐性を向上できる。
(substrate)
Various materials can be used as the support material constituting the substrate (support). For example, ceramic substrates such as glass, quartz, aluminum oxide, sapphire, silicon nitride, silicon carbide, silicon, germanium, gallium A semiconductor substrate such as arsenic, gallium phosphide, gallium nitrogen, paper, non-woven fabric or the like can be used. In the present invention, the support is preferably made of a resin, for example, a plastic film sheet can be used. Examples of plastic films include polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyethersulfone (PES), polyetherimide, polyetheretherketone, polyphenylene sulfide, polyarylate, polyimide, polycarbonate (PC), and cellulose. Examples include films made of triacetate (TAC), cellulose acetate propionate (CAP), and the like. By using a plastic film, the weight can be reduced as compared with the case of using a glass substrate, the portability can be improved, and the resistance to impact can be improved.

また本発明の薄膜トランジスタ素子上には素子保護層を設けることも可能である。保護層としては前述した無機酸化物または無機窒化物等が挙げられ、上述した大気圧プラズマ法で形成するのが好ましい。   An element protective layer can be provided on the thin film transistor element of the present invention. Examples of the protective layer include the inorganic oxides and inorganic nitrides described above, and it is preferable to form the protective layer by the atmospheric pressure plasma method described above.

以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。尚、特に断りない限り、実施例中の「部」あるいは「%」の表示は、「質量部」あるいは「質量%」を表す。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to these. Unless otherwise specified, “part” or “%” in the examples represents “part by mass” or “mass%”.

実施例1
ボトムゲート・トップコンタクト構成の薄膜トランジスタ素子を作製した。
Example 1
A thin film transistor element having a bottom gate / top contact configuration was fabricated.

以下、図3(a)、(b)、(c)、(d)の構成の薄膜トランジスタ素子を例に挙げて説明するが、本発明はこれらに限定されない。   Hereinafter, the thin film transistor element having the configuration shown in FIGS. 3A, 3B, 3C, and 3D will be described as an example, but the present invention is not limited thereto.

支持体106(図3(a))としてポリイミドフィルム(厚み200μm)を用い、この上に、まず、50W/m/minの条件でコロナ放電処理を施した。その後以下のように接着性向上のため下引き層を形成した。 A polyimide film (thickness: 200 μm) was used as the support 106 (FIG. 3A), and a corona discharge treatment was first performed on the polyimide film under the condition of 50 W / m 2 / min. Thereafter, an undercoat layer was formed in order to improve adhesion as follows.

(下引き層の形成)
下記組成の塗布液を乾燥膜厚2μmになるように塗布し、90℃で5分間乾燥した後、60W/cmの高圧水銀灯下10cmの距離から4秒間硬化させた。
(Formation of undercoat layer)
A coating solution having the following composition was applied to a dry film thickness of 2 μm, dried at 90 ° C. for 5 minutes, and then cured for 4 seconds from a distance of 10 cm under a 60 W / cm high-pressure mercury lamp.

ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート単量体 60g
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート2量体 20g
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート3量体以上の成分 20g
ジエトキシベンゾフェノンUV開始剤 2g
シリコーン系界面活性剤 1g
メチルエチルケトン 75g
メチルプロピレングリコール 75g
さらにその層の上に下記条件で連続的に大気圧プラズマ処理して厚さ50nmの酸化ケイ素膜を設け、これらの層を下引き層(図では記載を省略した。)とした。
Dipentaerythritol hexaacrylate monomer 60g
Dipentaerythritol hexaacrylate dimer 20g
Dipentaerythritol hexaacrylate trimer or higher component 20g
Diethoxybenzophenone UV initiator 2g
Silicone surfactant 1g
75g of methyl ethyl ketone
Methyl propylene glycol 75g
Further, a silicon oxide film having a thickness of 50 nm was provided on the layer by continuous atmospheric pressure plasma treatment under the following conditions, and these layers were used as undercoat layers (not shown in the figure).

(使用ガス)
不活性ガス:ヘリウム98.25体積%
反応性ガス:酸素ガス1.5体積%
反応性ガス:テトラエトキシシラン蒸気(ヘリウムガスにてバブリング)0.25体積%
(放電条件)
高周波電源:13.56MHz
放電出力:10W/cm
(電極条件)
電極は、冷却水による冷却手段を有するステンレス製ジャケットロール母材に対して、セラミック溶射によるアルミナを1mm被覆し、その後、テトラメトキシシランを酢酸エチルで希釈した溶液を塗布乾燥後、紫外線照射により封孔処理を行い、表面を平滑にしてRmax5μmとした誘電体(比誘電率10)を有するロール電極であり、アースされている。一方、印加電極としては、中空の角型のステンレスパイプに対し、上記同様の誘電体を同条件にて被覆した。
(Used gas)
Inert gas: helium 98.25% by volume
Reactive gas: oxygen gas 1.5 volume%
Reactive gas: Tetraethoxysilane vapor (bubbled with helium gas) 0.25% by volume
(Discharge conditions)
High frequency power supply: 13.56 MHz
Discharge output: 10 W / cm 2
(Electrode condition)
The electrode is coated with 1 mm of alumina by ceramic spraying on a stainless steel jacket roll base material having cooling means with cooling water, and then a solution obtained by diluting tetramethoxysilane with ethyl acetate is applied and dried, and then sealed by ultraviolet irradiation. This is a roll electrode having a dielectric (relative permittivity of 10) that has been subjected to hole treatment and has a smooth surface and an Rmax of 5 μm, and is grounded. On the other hand, as the application electrode, a hollow rectangular stainless steel pipe was coated with the same dielectric as described above under the same conditions.

次いで、ゲート電極を形成する。スパッタ法により、厚さ150nmのITO皮膜を一面に成膜した後、フォトリソグラフ法により、エッチングしてゲート電極104を形成した(図3(a))。   Next, a gate electrode is formed. An ITO film having a thickness of 150 nm was formed on one surface by sputtering, and then etched by photolithography to form a gate electrode 104 (FIG. 3A).

(ゲート絶縁層及びフッ素化合物含有層の形成工程)
(薄膜トランジスタ1の作製)
上記で作製したゲート電極104を形成した支持体の上に、アクアミカNP110−10(パーヒドロポリシラザン/アミン系触媒/キシレン10質量%溶液:AZエレクトロニックマテリアルズ株式会社製)をスピンコート(2000rpm×30sec)にて塗布、乾燥し、絶縁膜前駆体層を形成した。次いで、大気中で1時間、ホットプレート上(200℃)で加熱処理を行い、ポリシラザンから転化したSiO膜であるゲート絶縁層(膜)105(図3(a))(膜厚180nm)を形成した。
(Formation process of gate insulating layer and fluorine compound-containing layer)
(Preparation of thin film transistor 1)
Aquamica NP110-10 (perhydropolysilazane / amine-based catalyst / xylene 10 mass% solution: manufactured by AZ Electronic Materials Co., Ltd.) is spin-coated (2000 rpm × 30 sec) on the support on which the gate electrode 104 produced above is formed. ) And dried to form an insulating film precursor layer. Next, heat treatment is performed on the hot plate (200 ° C.) for 1 hour in the atmosphere to form a gate insulating layer (film) 105 (FIG. 3A) (film thickness 180 nm) which is a SiO 2 film converted from polysilazane. Formed.

続いて、ゲート絶縁層(膜)105が形成された基板を、CF(CHSi(OEt)を溶解したトルエン溶液(0.1質量%、室温)に10分間浸漬した後、トルエンですすぎ、乾燥させることで、ゲート絶縁膜表面にCF(CHSi基が自己組織的に配列結合したフッ素化合物含有層107(図3(a))を形成した。 Subsequently, after the substrate on which the gate insulating layer (film) 105 was formed was immersed in a toluene solution (0.1 mass%, room temperature) in which CF 3 (CH 2 ) 9 Si (OEt) 3 was dissolved, By rinsing with toluene and drying, a fluorine compound-containing layer 107 (FIG. 3A) in which CF 3 (CH 2 ) 9 Si groups were self-organized and aligned was formed on the surface of the gate insulating film.

次ぎに、半導体層を形成する。   Next, a semiconductor layer is formed.

(半導体前駆体薄膜、半導体層(IGZO)、の形成(プレカーサ塗布法))
硝酸インジウム〔In(NO〕、硝酸亜鉛〔Zn(NO〕、硝酸ガリウム〔Ga(NO〕を金属比率で1:1:1(モル比)で混合した10質量%水溶液としたものをインクとして、基板温度を100℃に保ちながらチャネル形成部にインクジェット塗布し150℃で10分間処理して乾燥し半導体前駆体薄膜を形成した。
(Formation of semiconductor precursor thin film and semiconductor layer (IGZO) (precursor coating method))
10 masses of indium nitrate [In (NO 3 ) 3 ], zinc nitrate [Zn (NO 3 ) 2 ], and gallium nitrate [Ga (NO 3 ) 3 ] mixed at a metal ratio of 1: 1: 1 (molar ratio). The ink was applied to the channel forming portion while keeping the substrate temperature at 100 ° C. using an aqueous solution prepared as a% aqueous solution, treated at 150 ° C. for 10 minutes and dried to form a semiconductor precursor thin film.

その後、この基板に、マルチモードタイプの2.45GHzマイクロ波照射機(四国計測工業(株)製 μ−reactor)を用いて、大気雰囲気下、大気圧条件で、500Wの出力でマイクロ波(2.45GHz)を照射した。半導体面側のみ断熱材で保温し、熱電対による表面温度計を用いて、500W出力で300℃まで昇温後、マイクロ波出力をPID制御しながら薄膜の表面温度を300℃に保つように、30分間マイクロ波の照射を行った。半導体前駆体材料薄膜は半導体層101に変換された(図3(a))。   Then, using this substrate with a multimode type 2.45 GHz microwave irradiator (μ-reactor manufactured by Shikoku Keiki Kogyo Co., Ltd.), the microwave (2 .45 GHz). Only the semiconductor surface side is kept warm with a heat insulating material, and after heating up to 300 ° C. at 500 W output using a thermocouple surface thermometer, the surface temperature of the thin film is kept at 300 ° C. while PID controlling the microwave output. Microwave irradiation was performed for 30 minutes. The semiconductor precursor material thin film was converted into the semiconductor layer 101 (FIG. 3A).

次に、マスクを介して金を蒸着することで、ソース電極102、ドレイン電極103を形成し薄膜トランジスタ素子を作製した。それぞれのサイズは、幅10μm、長さ50μm(チャネル幅)厚さ50nmであり、ソース電極、ドレイン電極の距離(チャネル長)は15μmとなるようにした。   Next, gold was deposited through a mask to form a source electrode 102 and a drain electrode 103, and a thin film transistor element was manufactured. Each size was 10 μm wide, 50 μm long (channel width) and 50 nm thick, and the distance between the source electrode and the drain electrode (channel length) was 15 μm.

これにより薄膜トランジスタ1(本発明)を作製した(図3(a))。   Thus, a thin film transistor 1 (the present invention) was produced (FIG. 3A).

(薄膜トランジスタ2(比較)の作製)
薄膜トランジスタ1の作製において、フッ素化合物含有層を形成しなかった他は、
同様にして薄膜トランジスタ2(比較)を作製した。
(Production of thin film transistor 2 (comparative))
In producing the thin film transistor 1, except that the fluorine compound-containing layer was not formed,
Similarly, a thin film transistor 2 (comparative) was produced.

(薄膜トランジスタ3(比較)の作製)
薄膜トランジスタ1の作製において、半導体層101の作製(半導体前駆体薄膜、半導体層、の形成(プレカーサ塗布法))を、下記の如くして、半導体層1の作製(スパッタ法)に代えた他は同様にして薄膜トランジスタ3(比較)を作製した。
(Production of thin film transistor 3 (comparative))
In the production of the thin film transistor 1, the production of the semiconductor layer 101 (formation of a semiconductor precursor thin film and a semiconductor layer (precursor coating method)) was replaced with the production of the semiconductor layer 1 (sputtering method) as follows. Similarly, a thin film transistor 3 (comparative) was produced.

(半導体層の形成(スパッタ法))
半導体層をスパッタ法により形成した。スパッタのターゲットにはIn:Ga:Znの組成比を1:1:1とした複合酸化物を用い、DCマグネトロン方式のスパッタ装置で製膜した。(必要の場合には、パターン化は通常のフォトリソエッチング法を用い、エッチャントはITO用の市販品を使用することができる)。形成した酸化物半導体層101の平均膜厚は30nmであった(図3(a))。
(Semiconductor layer formation (sputtering method))
A semiconductor layer was formed by sputtering. As a sputtering target, a composite oxide with an In: Ga: Zn composition ratio of 1: 1: 1 was used, and a film was formed by a DC magnetron type sputtering apparatus. (If necessary, patterning can be performed using a normal photolithographic etching method, and a commercially available product for ITO can be used as the etchant). The average thickness of the formed oxide semiconductor layer 101 was 30 nm (FIG. 3A).

(薄膜トランジスタ4(比較)の作製)
薄膜トランジスタ3の作製において、フッ素化合物含有層を形成しなかった他は、
同様にして薄膜トランジスタ4(比較)を作製した。
(Production of thin film transistor 4 (comparative))
In the production of the thin film transistor 3, except that the fluorine compound-containing layer was not formed,
Similarly, a thin film transistor 4 (comparative) was produced.

(薄膜トランジスタ5(本発明)の作製)
薄膜トランジスタ1の作製において、CF(CHSi基が自己組織的に配列結合したフッ素化合物含有層の形成を、下記の如くして、サイトップからなるフッ素化合物含有層の形成に代えた他は同様にして薄膜トランジスタ5(本発明)を作製した。
(Production of Thin Film Transistor 5 (Invention))
In the fabrication of the thin film transistor 1, the formation of the fluorine compound-containing layer in which CF 3 (CH 2 ) 9 Si groups are self-organized and aligned is replaced with the formation of a fluorine compound-containing layer made of Cytop as follows. A thin film transistor 5 (the present invention) was produced in the same manner as others.

(サイトップからなるフッ素化合物含有層の形成)
ゲート絶縁層(膜)上に、CTL−809M(サイトップ、旭硝子製フッ素系樹脂、9質量%パーフルオロトリブチルアミン溶液)を5質量%になるように希釈した液を用い、スピンコート(4000rpm×30sec)にて塗布した後、乾燥し、180℃にて1時間加熱することで、ゲート絶縁膜上にサイトップからなるフッ素化合物含有層(膜厚160nm)を形成した。
(Formation of a fluorine compound-containing layer consisting of CYTOP)
On a gate insulating layer (film), CTL-809M (Cytop, Asahi Glass fluorine resin, 9% by mass perfluorotributylamine solution) was diluted to 5% by mass, and spin coating (4000 rpm × 30 seconds), and then dried and heated at 180 ° C. for 1 hour to form a fluorine compound-containing layer (thickness: 160 nm) made of CYTOP on the gate insulating film.

(薄膜トランジスタ6(本発明)の作製)
薄膜トランジスタ5(本発明)の作製において、ゲート絶縁層として、ポリシラザンから転化したSiO膜の代わりに、下記の如くしてポリビニルフェノール膜からなるゲート絶縁膜を設けた他は同様にして、薄膜トランジスタ6(本発明)を作製した。
(Production of Thin Film Transistor 6 (Invention))
In the manufacture of the thin film transistor 5 (the present invention), the thin film transistor 6 was similarly formed except that a gate insulating film made of a polyvinylphenol film was provided as a gate insulating layer instead of the SiO 2 film converted from polysilazane as follows. (Invention) was prepared.

(ポリビニルフェノールからなるゲート絶縁膜の形成)
ゲート電極を有する支持体上に、ポリ4−ビニルフェノール、ポリ(メラミン−co−ホルムアルデヒド)メチレート84質量%1−ブタノール溶液、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、が質量%比で10:5:85になるように混合した液を用い、スピンコート(6000rpm×30sec)にて塗布した後、乾燥し、200℃にて2時間加熱することで、ポリビニルフェノールからなるゲート絶縁膜(膜厚300nm)を形成した。
(Formation of gate insulating film made of polyvinylphenol)
On a support having a gate electrode, poly 4-vinylphenol, poly (melamine-co-formaldehyde) methylate 84 mass% 1-butanol solution, propylene glycol monomethyl ether acetate is in a mass ratio of 10: 5: 85. Using the solution thus mixed, spin coating (6000 rpm × 30 sec) was applied, followed by drying and heating at 200 ° C. for 2 hours to form a gate insulating film (film thickness 300 nm) made of polyvinylphenol. .

(薄膜トランジスタ7(比較)の作製)
薄膜トランジスタ6本発明)の作製において、サイトップからなるフッ素化合物含有層を設けなかった他は同様にして薄膜トランジスタ7(比較)を作製した。
(Production of thin film transistor 7 (comparative))
Thin film transistor 6 (Invention) A thin film transistor 7 (comparative) was prepared in the same manner except that the fluorine compound-containing layer made of Cytop was not provided.

(薄膜トランジスタ8(本発明)の作製)
薄膜トランジスタ6(本発明)の作製において、半導体層IGZO(In,Ga、Zn酸化物)(プレカーサ塗布法)の代わりに、下記の如くにして半導体層IGO(In,Ga酸化物)(プレカーサ塗布法)を設けた他は同様にして、薄膜トランジスタ8(本発明)を作製した。
(Production of Thin Film Transistor 8 (Invention))
In manufacturing the thin film transistor 6 (the present invention), instead of the semiconductor layer IGZO (In, Ga, Zn oxide) (precursor coating method), the semiconductor layer IGO (In, Ga oxide) (precursor coating method) is performed as follows. The thin film transistor 8 (the present invention) was produced in the same manner except that the above was provided.

(半導体前駆体薄膜、半導体層(IGO)、の形成(プレカーサ塗布法))
硝酸インジウム〔In(NO〕、硝酸ガリウム〔Ga(NO〕を金属比率で1:0.5(モル比)で混合した10質量%水溶液としたものをインクとして、基板温度を100℃に保ちながらチャネル形成部にインクジェット塗布し150℃で10分間処理して乾燥し半導体前駆体薄膜を形成した。
(Formation of semiconductor precursor thin film and semiconductor layer (IGO) (precursor coating method))
The substrate temperature was obtained by using a 10% by mass aqueous solution in which indium nitrate [In (NO 3 ) 3 ] and gallium nitrate [Ga (NO 3 ) 3 ] were mixed at a metal ratio of 1: 0.5 (molar ratio). Was kept at 100 ° C. by ink-jet coating on the channel forming portion, treated at 150 ° C. for 10 minutes and dried to form a semiconductor precursor thin film.

その後、この基板に、マルチモードタイプの2.45GHzマイクロ波照射機(四国計測工業(株)製 μ−reactor)を用いて、大気雰囲気下、大気圧条件で、500Wの出力でマイクロ波(2.45GHz)を照射した。半導体面側のみ断熱材で保温し、熱電対による表面温度計を用いて、500W出力で300℃まで昇温後、マイクロ波出力をPID制御しながら薄膜の表面温度を300℃に保つように、30分間マイクロ波の照射を行った。半導体前駆体材料薄膜は半導体層101に変換された(図3(a))。   Then, using this substrate with a multimode type 2.45 GHz microwave irradiator (μ-reactor manufactured by Shikoku Keiki Kogyo Co., Ltd.), the microwave (2 .45 GHz). Only the semiconductor surface side is kept warm with a heat insulating material, and after heating up to 300 ° C. at 500 W output using a thermocouple surface thermometer, the surface temperature of the thin film is kept at 300 ° C. while PID controlling the microwave output. Microwave irradiation was performed for 30 minutes. The semiconductor precursor material thin film was converted into the semiconductor layer 101 (FIG. 3A).

(薄膜トランジスタ9(本発明)の作製)
薄膜トランジスタ6(本発明)の作製において、ゲート絶縁層、次ぎにフッ素化合物含有層を設けた代わりに、順序を逆にして、フッ素化合物含有層、次ぎにゲート絶縁層を設けた他は同様にして、薄膜トランジスタ9(本発明)を作製した(図3(b))。
(Preparation of thin film transistor 9 (present invention))
In the production of the thin film transistor 6 (invention), instead of providing the gate insulating layer and then the fluorine compound-containing layer, the order was reversed, except that the fluorine compound-containing layer and then the gate insulating layer were provided. Then, a thin film transistor 9 (the present invention) was produced (FIG. 3B).

(薄膜トランジスタ10(本発明)の作製)
薄膜トランジスタ6(本発明)の作製において、ゲート絶縁層、次ぎにフッ素化合物含有層を設けた代わりに、ゲート絶縁層、次ぎにフッ素化合物含有層を設けた後に、次ぎに更にゲート絶縁層(前記ゲート絶縁層と同一)を設けた他は同様にして、薄膜トランジスタ10(本発明)を作製した(図3(c))。
(Production of Thin Film Transistor 10 (Invention))
In manufacturing the thin film transistor 6 (the present invention), instead of providing a gate insulating layer and then a fluorine compound-containing layer, a gate insulating layer and then a fluorine compound-containing layer are provided, and then a gate insulating layer (the gate A thin film transistor 10 (the present invention) was manufactured in the same manner except that the same as the insulating layer was provided (FIG. 3C).

(薄膜トランジスタ11(本発明)の作製)
薄膜トランジスタ6(本発明)の作製において、ゲート絶縁層、次ぎにフッ素化合物含有層を設けた代わりに、下記に記載の如くして、ゲート絶縁層、フッ素化合物含有層の材料を混合して用いた層(ゲート絶縁層=フッ素化合物含有層)を設けた他は同様にして、薄膜トランジスタ11(本発明)を作製した。
(Production of Thin Film Transistor 11 (Invention))
In the production of the thin film transistor 6 (the present invention), instead of providing the gate insulating layer and then the fluorine compound-containing layer, the materials of the gate insulating layer and the fluorine compound-containing layer were mixed and used as described below. A thin film transistor 11 (the present invention) was produced in the same manner except that a layer (gate insulating layer = fluorine compound-containing layer) was provided.

(ポリビニルフェノール・サイトップ混合使用層(ゲート絶縁層=フッ素化合物含有層)の作製)
CTL−809M(サイトップ、旭硝子製フッ素系樹脂、9質量%パーフルオロトリブチルアミン溶液)を5質量%になるようにパーフルオロトリブチルアミンにて希釈した液であるサイトップ溶液と、ポリ4−ビニルフェノール、ポリ(メラミン−co−ホルムアルデヒド)メチレート84質量%1−ブタノール溶液、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、が質量%比で10:5:85になるように混合した液であるポリビニルフェノール溶液と、を1:1で混合し、同様にスピンコート(4000rpm×30sec)にて塗布した後、乾燥し、200℃にて2時間加熱することで、ポリビニルフェノール・サイトップ混合使用層(ゲート絶縁層=フッ素化合物含有層)(膜厚450nm)を形成した。
(Preparation of polyvinylphenol and cytop mixed layer (gate insulation layer = fluorine compound-containing layer))
CYTOP solution, which is a solution obtained by diluting CTL-809M (CYTOP, Fluorine-based resin manufactured by Asahi Glass, 9 mass% perfluorotributylamine solution) with perfluorotributylamine to 5 mass%, and poly-4-vinyl A polyvinylphenol solution which is a liquid in which phenol, poly (melamine-co-formaldehyde) methylate 84 mass% 1-butanol solution, and propylene glycol monomethyl ether acetate are mixed at a mass ratio of 10: 5: 85. After mixing at 1: 1, and similarly applying by spin coating (4000 rpm × 30 sec), drying and heating at 200 ° C. for 2 hours, a polyvinylphenol / cytop mixed use layer (gate insulating layer = fluorine) Compound-containing layer) (film thickness 450 nm) was formed.

《評価》
(薄膜トランジスタ素子特性(キャリア移動度、on/off比))
各薄膜トランジスタ素子の特性を、それぞれ、ドレインバイアスを40Vとし、ゲートバイアスを−40Vから+40Vまで掃引したときのドレイン電流の増加(伝達特性)について観測し、その飽和領域から見積もられた移動度(キャリア移動度)(cm/Vs)と、on/off比(最大電流値と最小電流値の比)について見積もった。各水準毎に10素子をランダムに選出し、それぞれについて10素子の平均値を求め、キャリア移動度、on/off比として求めた。
<Evaluation>
(Thin film transistor element characteristics (carrier mobility, on / off ratio))
The characteristics of each thin film transistor element were observed with respect to an increase in drain current (transfer characteristics) when the drain bias was 40 V and the gate bias was swept from −40 V to +40 V, and the mobility estimated from the saturation region ( The carrier mobility) (cm 2 / Vs) and the on / off ratio (the ratio between the maximum current value and the minimum current value) were estimated. Ten elements were randomly selected for each level, and an average value of 10 elements was determined for each level, and determined as carrier mobility and on / off ratio.

(立ち上がり電圧(Von))
立ち上がり電圧(Von)は、ゲートバイアスを−40Vから+40Vまで掃引したときに、ドレイン電流が急激に増加し始める(立ち上がる)点、すなわちオフ電流からオン電流に変わる点におけるゲート印加電圧の値(V)として求めた。前述した薄膜トランジスタ素子特性の評価で各水準毎に選出した10素子において、立ち上がり電圧Vonの最大値をVon/MAX、最小値をVon/MINとした。
(Rising voltage (V on ))
The rising voltage (V on ) is the value of the gate applied voltage (the point at which the drain current starts to increase (rises) when the gate bias is swept from −40 V to +40 V, that is, the point at which the off current is changed to the on current ( V). In the 10 elements selected for each level in the above-described evaluation of the thin film transistor element characteristics, the maximum value of the rising voltage V on was V on / MAX and the minimum value was V on / MIN .

(S値)
また、オフ電流からオン電流への立ち上がりのシャープさを表すS値は、次のように求めた。前記立ち上がり電圧Vonにおけるドレイン電流値が、1×10倍になった点におけるゲート印加電圧をVとしたとき、VとVonの差、すなわち、S値(V)=V−Vonとして求めた。前述した薄膜トランジスタ素子特性の評価で各水準毎に選出した10素子の平均値を求め、最終的なS値とした。
(S value)
The S value representing the sharpness of the rise from the off current to the on current was determined as follows. The drain current value at the rising voltage V on is, when the applied gate voltage is V a at a point became 1 × 10 3 times, the difference between V a and V on, i.e., S value (V) = V a - Calculated as Von. The average value of 10 elements selected for each level in the evaluation of the thin film transistor element characteristics described above was obtained and used as the final S value.

(素子間の性能バラツキ)
素子間の性能バラツキは、前述した薄膜トランジスタ素子特性の評価で各水準毎に選出した10素子において、立ち上がり電圧Vonの最大値をVon/MAX、最小値をVon/MINとしたとき、Von/MAXとVon/MINの差、すなわち
on/MAX−Von/MIN
として求めた値を、下記評価基準に則り素子間の性能バラツキとして評価した。
◎:(Von/MAX−Von/MIN)が、1V未満
○:(Von/MAX−Von/MIN)が、1V以上5V未満
△:(Von/MAX−Von/MIN)が、5V以上15V未満
×:(Von/MAX−Von/MIN)が、15V以上
結果を表2に示す。
(Performance variation between elements)
Performance variations between devices, when in a 10 element selected at each level in the evaluation of a thin film transistor device characteristics mentioned above, the maximum value of the threshold voltage V on V on / MAX, the minimum value was V on / MIN, V difference between on / MAX and V on / MIN , ie, V on / MAX −V on / MIN
Was evaluated as a performance variation between elements in accordance with the following evaluation criteria.
A: ( Von / MAX- Von / MIN ) is less than 1V ○: ( Von / MAX- Von / MIN ) is 1V or more and less than 5V Δ: ( Von / MAX- Von / MIN ) is 5V or more and less than 15V ×: ( Von / MAX− Von / MIN ) is 15V or more The results are shown in Table 2.

Figure 2010251591
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Figure 2010251591
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表2から、本発明の場合には、移動度、on/off比に優れ、更には、立ち上がり電圧のマイナス側へのシフト、S値劣化、および、素子間の性能バラツキ、の改良に優れ、安定性の高い薄膜トランジスタであることがわかる。   From Table 2, in the case of the present invention, the mobility and the on / off ratio are excellent, and further, the shift to the negative side of the rising voltage, the S value deterioration, and the performance variation between elements are excellent. It can be seen that the thin film transistor is highly stable.

本発明により、低温で簡便なプロセスにより形成可能で、移動度、on/off比に優れ、更には、立ち上がり電圧のマイナス側へのシフト、S値劣化、および、素子間の性能バラツキ、を改良した、安定性の高い薄膜トランジスタ、および該薄膜トランジスタの製造方法を提供できることがわかる。   According to the present invention, it can be formed by a simple process at a low temperature, has excellent mobility and on / off ratio, and further improves the negative voltage shift of rising voltage, S value deterioration, and performance variation between elements. It can be seen that a highly stable thin film transistor and a method for manufacturing the thin film transistor can be provided.

101 半導体層
102 ソース電極
103 ドレイン電極
104 ゲート電極
105 ゲート絶縁層
106 支持体(基板)
107 フッ素化合物含有層
101 Semiconductor layer 102 Source electrode 103 Drain electrode 104 Gate electrode 105 Gate insulating layer 106 Support (substrate)
107 Fluorine compound-containing layer

Claims (11)

基板上にゲート電極、ゲート絶縁層、ソース電極、ドレイン電極、及び半導体層を有する薄膜トランジスタにおいて、
前記半導体層が塗布によって形成された酸化物半導体からなり、
フッ素化合物含有層が前記ゲート電極と前記半導体層との間に設けられたことを特徴とする薄膜トランジスタ。
In a thin film transistor having a gate electrode, a gate insulating layer, a source electrode, a drain electrode, and a semiconductor layer on a substrate,
The semiconductor layer is made of an oxide semiconductor formed by coating,
A thin film transistor, wherein a fluorine compound-containing layer is provided between the gate electrode and the semiconductor layer.
前記フッ素化合物含有層が前記ゲート絶縁層と前記半導体層との間に設けられたことを特徴とする請求項1に記載の薄膜トランジスタ。   2. The thin film transistor according to claim 1, wherein the fluorine compound-containing layer is provided between the gate insulating layer and the semiconductor layer. 前記フッ素化合物含有層が前記ゲート絶縁層中に設けられたことを特徴とする請求項1に記載の薄膜トランジスタ。   The thin film transistor according to claim 1, wherein the fluorine compound-containing layer is provided in the gate insulating layer. 前記フッ素化合物含有層が前記ゲート電極と前記ゲート絶縁層との間に設けられたことを特徴とする請求項1に記載の薄膜トランジスタ。   The thin film transistor according to claim 1, wherein the fluorine compound-containing layer is provided between the gate electrode and the gate insulating layer. 前記フッ素化合物含有層がフッ素系樹脂を有してなることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。   The thin film transistor according to any one of claims 1 to 4, wherein the fluorine compound-containing layer comprises a fluorine-based resin. 前記酸化物半導体が亜鉛又はインジウムを含む酸化物半導体からなることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。   The thin film transistor according to claim 1, wherein the oxide semiconductor is made of an oxide semiconductor containing zinc or indium. 前記酸化物半導体が、亜鉛とインジウムを含む酸化物、亜鉛とガリウムを含む酸化物、又は、インジウムとガリウムを含む酸化物、を含む酸化物半導体からなることを特徴とする請求項6に記載の薄膜トランジスタ。   The oxide semiconductor is made of an oxide semiconductor containing an oxide containing zinc and indium, an oxide containing zinc and gallium, or an oxide containing indium and gallium. Thin film transistor. 前記酸化物半導体が、亜鉛とインジウムとガリウムとからなる酸化物、又は、インジウムとガリウムとからなる酸化物、を含有する酸化物半導体であることを特徴とする請求項6に記載の薄膜トランジスタ。   The thin film transistor according to claim 6, wherein the oxide semiconductor is an oxide semiconductor containing an oxide made of zinc, indium, and gallium, or an oxide made of indium and gallium. 前記半導体層が酸化物半導体の前駆体を用いた溶液プロセスで形成された膜からなることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。   The thin film transistor according to claim 1, wherein the semiconductor layer is formed of a film formed by a solution process using a precursor of an oxide semiconductor. 前記半導体層が酸化物半導体の前駆体を塗布して得られた膜にマイクロ波エネルギーを照射して形成された膜からなることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。   The said semiconductor layer consists of a film | membrane formed by irradiating a microwave energy to the film | membrane obtained by apply | coating the precursor of an oxide semiconductor, The any one of Claims 1-9 characterized by the above-mentioned. Thin film transistor. 1〜10のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタを製造することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。   11. A method for producing a thin film transistor, comprising producing the thin film transistor according to any one of 1 to 10.
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